DE102017200980A1

DE102017200980A1 - Short-circuit rotor, asynchronous motor and motor vehicle

Info

Publication number: DE102017200980A1
Application number: DE102017200980.2A
Authority: DE
Inventors: Korbinian Weber; Peter Juris
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Kurzschlussrotor (1) für einen Asynchronmotor (12), aufweisend ein den Rotorkörper bildendes Blechpaket (3), welches Aufnahmen (4) für Kurzschlussstäbe (5) eines Kurzschlusskäfigs aufweist, in die Aufnahmen (4) eingesetzte elektrisch leitende Kurzschlussstäbe (5) und mit den Kurzschlussstäben (5) elektrisch leitend zur Bildung des Kurzschlusskäfigs verbundene Kurzschlussringe (6), wobei die eingesetzten Kurzschlussstäbe (5) eine zum Außenumfang (7) des Rotorkörpers hin gelegene, mit Luft gefüllte Ausnehmung (8) aufweisen und/oder aus wenigstens zwei Stabmaterialien (9, 10), wobei ein erstes Stabmaterial (9) der Stabmaterialien (9, 10), das eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das zweite Stabmaterial (10) der Stabmaterialien (9, 10) aufweist, in einem zum Außenumfang (7) des Rotorkörpers gelegenen Querschnittsanteil der Kurzschlussstäbe (5) angeordnet ist, bestehen.

Short - circuit rotor (1) for an asynchronous motor (12) comprising a laminated core (3) forming the rotor body, which has receptacles (4) for shorting bars (5) of a short - circuit cage, electrically conductive shorting bars (5) inserted into the receptacles (4) and with The short-circuiting rods (5) have an air-filled recess (8) located towards the outer circumference (7) of the rotor body and / or at least two rod materials (9, 10), wherein a first rod material (9) of the rod materials (9, 10) having a lower electrical conductivity than the second rod material (10) of the rod materials (9, 10) in a to the outer periphery (7) of Rotor body located cross-sectional portion of the short-circuiting rods (5) is arranged exist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussrotor für einen Asynchronmotor, aufweisend ein den Rotorkörper bildendes Blechpaket, welches Aufnahmen für Kurzschlussstäbe eines Kurzschlusskäfigs aufweist, in die Aufnahmen eingesetzte elektrisch leitende Kurzschlussstäbe und mit den Kurzschlussstäben elektrisch leitend zur Bildung des Kurzschlusskäfigs verbundene Kurzschlussringe. Daneben betrifft die Erfindung eine Asynchronmaschine mit einem solchen Kurzschlussrotor und ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a short-circuit rotor for an asynchronous motor, comprising a rotor core forming sheet package, which has receptacles for shorting bars of a short cage, inserted into the receptacles electrically conductive shorting bars and electrically connected to the shorting bars to form the shorting cage shorting rings. In addition, the invention relates to an asynchronous machine with such a short-circuit rotor and a motor vehicle.

Kurzschlussrotoren, die auch als Kurzschlussläufer oder Käfigläufer bezeichnet werden, sind Rotoren von Asynchronmotoren, die anstatt einer aus Draht gewickelten, über Schleifringe versorgten Spule einen im Blechpaket dauernd kurzgeschlossenen Kurzschlusskäfig mit massiven Windungen aufweisen. Dabei sind üblicherweise als offene oder geschlossene Nuten ausgebildete Kurzschlussstäbe des Kurzschlusskäfigs gegeben, welche sich parallel über die Längsrichtung des Rotors erstrecken können und gegebenenfalls leicht schräg zur Längsrichtung des Rotorkörpers angeordnet sein können. Zumindest endseitig im Bereich der Stirnflächen des Rotorkörpers sind die Kurzschlussstäbe über Kurzschlussringe kurzgeschlossen, wobei selbstverständlich sowohl die Kurzschlussstäbe als auch die Kurzschlussringe, somit der gesamte Kurzschlusskäfig, elektrisch leitend ausgebildet sind. Dabei besteht der Kurzschlusskäfig meist aus hochleitfähigem Material, insbesondere Aluminium und/oder Kupfer.Short-circuit rotors, which are also referred to as squirrel-cage runners, are rotors of asynchronous motors which, instead of a coil wound from wire and supplied via slip rings, have a short-circuit cage with solid turns which is permanently short-circuited in the laminated core. In this case, short-circuit bars of the short-circuit cage, which are formed as open or closed grooves, are usually provided, which can extend parallel over the longitudinal direction of the rotor and may optionally be arranged slightly obliquely to the longitudinal direction of the rotor body. At least at the end in the region of the end faces of the rotor body, the short-circuit bars are short-circuited via shorting rings, wherein, of course, both the shorting bars and the shorting rings, thus the entire short-circuit cage, are electrically conductive. In this case, the short-circuit cage usually consists of highly conductive material, in particular aluminum and / or copper.

Um den Rotorkörper zu bilden, wird der Kurzschlusskäfig in ein Blechpaket eingebracht. Dabei sind im Stand der Technik zwei Möglichkeiten bekannt, den Kurzschlusskäfig herzustellen. Zum einen kann vorgesehen sein, dass der Kurzschlusskäfig in einem Stück gegossen wird, zum anderen ist es aber auch denkbar, den Käfig in Einzelteilen, üblicherweise die Kurzschlussstäbe und die Kurzschlussringe, zu fertigen, in das Blechpaket einzubringen und zu verbinden, insbesondere durch Schweißen und/oder Löten. Für die Profile, mithin die Querschnitte, der Kurzschlussstäbe werden bei Kurzschlussrotoren, insbesondere für umrichtergespeiste Asynchronmaschinen, üblicherweise einfache Keilformen verwendet. Dabei ist es sowohl bekannt, dass die Kurzschlussstäbe zur Außenseite des Rotorkörpers, also zum Luftspalt der Maschine hin, offenliegen, wobei die Aufnahme als üblicherweise hinterschnittene, offene Nut ausgebildet ist, als auch dass die Kurzschlussstäbe von Stegen des Blechpakets gehaltert werden, so dass die Aufnahmen für die Kurzschlussstäbe als geschlossene Nuten bezeichnet werden können.In order to form the rotor body, the short-circuit cage is introduced into a laminated core. Two ways are known in the prior art to produce the short-circuit cage. On the one hand, it may be provided that the short-circuit cage is cast in one piece, but on the other hand it is also conceivable to manufacture the cage in individual parts, usually the short-circuit bars and the short-circuit rings, to introduce them into the laminated core and to connect, in particular by welding and / or soldering. For the profiles, thus the cross sections, the shorting bars are used in short-circuit rotors, in particular for converter-fed asynchronous machines, usually simple wedge shapes. It is also known that the short-circuit bars to the outside of the rotor body, so the air gap of the machine out, exposed, the recording is usually formed as undercut, open groove, and that the short-circuit bars are supported by webs of the laminated core, so that the Shooting for the shorting bars can be referred to as closed grooves.

Problematisch bei den bekannten Ausgestaltungen ist, dass es aufgrund der sogenannten Ankerrückwirkung durch Oberwellen und Oberschwingungen des Stators der asynchronen Maschine zu parasitären Wirbelstromverlusten im zur Rotoraußenseite liegenden Bereich der Kurzschlussstäbe kommen kann. Diese Verluste führen zu einer Erwärmung des Rotors und begrenzen damit die erreichbare Dauerleistung der asynchronen Maschine. Ferner ist problematisch, dass sich die Kurzschlussstäbe bei hoher Rotortemperatur und -drehzahl (Fliehkraftwirkung) deformieren können und, insbesondere bei offenen Nuten, nach außen in Richtung des Luftspalts drängen. Speziell bei offenen Nuten besteht dann die Gefahr des Eintretens der Kurzschlussstäbe in den Luftspalt, wodurch der Kurzschlussrotor am Stator anschleifen kann.The problem with the known embodiments is that due to the so-called armature reaction due to harmonics and harmonics of the stator of the asynchronous machine, parasitic eddy current losses can occur in the area of the short-circuit bars lying to the rotor outside. These losses lead to a heating of the rotor and thus limit the achievable continuous power of the asynchronous machine. Furthermore, it is problematic that the short-circuit rods can deform at high rotor temperature and speed (centrifugal force effect) and, in particular with open grooves, push outwards in the direction of the air gap. Especially with open grooves then there is the risk of entering the short-circuit bars in the air gap, whereby the short-circuit rotor can grind on the stator.

Aus DE 43 08 683 A1 ist ein Käfigläufer für eine Asynchronmaschine bekannt, bei dem vorgeschlagen wird, in die als Nuten ausgebildeten Aufnahmen Kupferstäbe einzusetzen, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, woraufhin der Restquerschnitt der Nuten im Aluminiumdruckgussverfahren ausgegossen wird, wobei im gleichen Verfahrensgang auf beiden Stirnseiten des Blechpakets Kurzschlussringe angegossen werden. Damit sollen die Verluste im Läufer reduziert werden und der Läufer dennoch mit geringem Aufwand hergestellt werden. Dennoch bleiben auch bei derart ausgebildeten Käfigläufern die bereits geschilderten Probleme vorhanden. Out DE 43 08 683 A1 a squirrel cage rotor for an asynchronous machine is known, in which it is proposed to insert copper rods in the slots formed as grooves, which have a rectangular cross-section, whereupon the remaining cross-section of the grooves is poured in the aluminum die-casting process, wherein short-circuit rings are cast in the same process on both end faces of the laminated core , This should reduce the losses in the runner and the runner can still be produced with little effort. Nevertheless, even with such trained squirrel cage the already described problems remain.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Einsatzmöglichkeiten für einen Kurzschlussrotor zu erweitern und die Dauerbeständigkeit des Kurzschlussrotors zu erhöhen.The invention is therefore based on the object to expand the possibilities for a short-circuit rotor and to increase the durability of the short-circuit rotor.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kurzschlussrotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die eingesetzten Kurzschlussstäbe eine zum Außenumfang des Rotorkörpers hin gelegene, mit Luft gefüllte Ausnehmung aufweist und/oder aus wenigstens zwei Stabmaterialien, wobei ein erstes Stabmaterial der Stabmaterialien, das eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das zweite Stabmaterial der Stabmaterialien aufweist, in einem zum Außenumfang des Rotorkörpers gelegenen Querschnittsanteil der Kurzschlussstäbe angeordnet ist, bestehen.To solve this problem is provided according to the invention in a short-circuit rotor of the type mentioned that the shorting bars used has a recessed to the outer periphery of the rotor body, filled with air recess and / or at least two rod materials, wherein a first rod material of the rod materials, the lower has electrical conductivity as the second rod material of the rod materials, is arranged in a lying to the outer circumference of the rotor body cross-sectional portion of the short-circuiting rods exist.

Erfindungsgemäß werden mithin zwei vorteilhaft auch gemeinsam anwendbare Ausgestaltungen vorgeschlagen, die sich mit der Beseitigung desselben zugrunde liegenden Problems befassen. Dabei wird in beiden Ausgestaltungen die Ausbildung der Kurzschlussstäbe hin zur Außenseite des Rotorkörpers, mithin radial nach außen zum Luftspalt der Asynchronmaschine hin, verändert, um die Verluste durch die Ankerrückwirkung, insbesondere durch Wirbelströme, zu reduzieren, was die Erwärmung des Rotors reduziert und somit die erreichbare Dauerleistung der Asynchronmaschine erhöht. Gleichzeitig besteht aufgrund der geringeren Rotortemperatur eine geringere Wahrscheinlichkeit für eine Deformierung der Kurzschlussstäbe hin zum Luftspalt, was die Lebensdauer des Kurzschlussrotors diesbezüglich verlängert.According to the invention, therefore, two advantageously also jointly applicable embodiments are proposed, which deal with the elimination of the same underlying problem. In this case, in both embodiments, the formation of the shorting bars towards the outside of the rotor body, thus radially outward to the air gap of the asynchronous machine, changed to the losses caused by the armature reaction, in particular by Eddy currents, which reduces the heating of the rotor and thus increases the achievable continuous power of the asynchronous machine. At the same time due to the lower rotor temperature is less likely to deform the shorting bars towards the air gap, which extends the life of the shorting rotor in this regard.

Eine erste erfindungsgemäße Möglichkeit zur Veränderung der Ausbildung der Kurzschlussstäbe im luftspaltnahen Bereich ist das Einbringen einer mittigen Ausnehmung bzw. Aussparung zur Außenseite des Rotorkörpers hin. An der Stelle der Ausnehmung im Kurzschlussstab, an welcher die meisten Verluste durch die Ankerrückwirkung entstehen würden, befindet sich dann idealerweise Luft, gegebenenfalls auch ein anderes nicht elektrisch leitfähiges Ausnehmungsmaterial, statt elektrisch leitfähigem Stabmaterial. Dadurch können die entstehenden Wirbelstromverluste in den Kurzschlussstäben deutlich reduziert werden.A first possibility according to the invention for changing the design of the short-circuiting rods in the region near the air gap is the introduction of a central recess or recess towards the outside of the rotor body. At the point of the recess in the shorting bar, at which most losses would be caused by the armature reaction, then ideally is air, possibly also another non-electrically conductive recess material, instead of electrically conductive rod material. As a result, the resulting eddy current losses in the short-circuit bars can be significantly reduced.

Andererseits ist es aber auch denkbar, ein weiteres Stabmaterial innerhalb des aus mehreren Stabmaterialen bestehenden Kurzschlussstabes zu verwenden, wobei ein erstes Stabmaterial mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit im radial äußeren, zur Außenseite des Rotorkörpers hin gelegenen Querschnittsanteil des Kurzschlussstabes verwendet wird. Auch auf diese Art und Weise kann durch die geringere Leitfähigkeit des ersten Materials eine Reduzierung der Wirbelströme erreicht werden. Insbesondere ermöglicht die Verwendung eines weiteren Stabmaterials auch eine weitergehende Optimierung, was im Folgenden noch näher diskutiert werden wird.On the other hand, it is also conceivable to use a further rod material within the short rod consisting of a plurality of rod materials, a first rod material having a lower electrical conductivity being used in the radially outer cross-sectional portion of the short-circuit rod lying to the outside of the rotor body. Also in this way can be achieved by the lower conductivity of the first material, a reduction of the eddy currents. In particular, the use of a further rod material also allows further optimization, which will be discussed in more detail below.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausnehmung und/oder der Querschnittsanteil einen Rückwirkungsbereich, in dem ein Maß für von der Ankerrückwirkung indizierte parasitäre Wirbelströme einen Schwellwert überschreitet, abdeckt. Nachdem die grundsätzliche Konstruktion des Kurzschlussrotors und insbesondere auch der Aufnahmen und Kurzschlussstäbe bekannt ist, können beispielsweise durch Berechnungs- und/oder Simulationsverfahren leicht die Rückwirkungsbereiche identifiziert werden, in denen die Ankerrückwirkung besonders hohe Verluste durch Wirbelströme erzeugen würde, wenn dort das zweite Stabmaterial vorläge.It is particularly advantageous if the recess and / or the cross-sectional portion covers a reaction region in which a measure of the parasitic eddy currents indicated by the armature reaction exceeds a threshold value. After the basic construction of the short-circuit rotor and in particular also of the receptacles and short-circuit bars is known, the reaction areas can easily be identified, for example, by calculation and / or simulation methods in which the armature reaction would produce particularly high losses due to eddy currents, if the second bar material was present there.

Zweckmäßigerweise kann die Ausnehmung und/oder der Querschnittsanteil mittig bezüglich des Querschnitts der Kurzschlussstäbe angeordnet sein und/oder symmetrisch bezüglich einer zur Längsachse des jeweiligen Kurzschlussstabes in radialer Richtung des Rotorkörpers verlaufenden Mittelachse ausgebildet sein. Damit wird die Gesamtsymmetrie der Kurzschlussstäbe aufrechterhalten; insbesondere hat es sich auch gezeigt, dass die größten Verluste aufgrund der Ankerrückwirkung mittig im Kurzschlussstab auf der zur Außenseite des Rotorkörpers hin gelegenen Seite auftreten.Conveniently, the recess and / or the cross-sectional portion may be arranged centrally with respect to the cross section of the short-circuiting bars and / or be symmetrical with respect to a central axis extending in the radial direction of the rotor body relative to the longitudinal axis of the respective shorting bar. Thus, the overall symmetry of the shorting bars is maintained; In particular, it has also been found that the largest losses due to the armature reaction occur centrally in the shorting bar on the side facing the outside of the rotor body.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Stabmaterial eine höhere Deformierungsfestigkeit und/oder eine höhere Temperaturbeständigkeit als das zweite Stabmaterial aufweist. Die Nutzung des zusätzlichen ersten Stabmaterials bietet also einen weiteren Freiheitsgrad, der zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften der Kurzschlussstäbe herangezogen werden kann. Wird ein eine höhere Deformierungsfestigkeit aufweisendes und temperaturbeständigeres erstes Stabmaterial verwendet, ermöglicht dies höhere Temperaturen und Drehzahlen im Kurzschlussrotor, was wiederum zu einer höheren möglichen Leistung der Asynchronmaschine führt.In a particularly advantageous development of the present invention, it can be provided that the first rod material has a higher deformation resistance and / or a higher temperature resistance than the second rod material. The use of the additional first rod material thus provides a further degree of freedom that can be used to improve the mechanical and thermal properties of the short-circuit rods. Using a higher resistance to deformation and more temperature resistant first rod material, this allows higher temperatures and speeds in the short-circuit rotor, which in turn leads to a higher possible performance of the asynchronous machine.

Konkret kann vorgesehen sein, dass als erstes Stabmaterial eine Aluminiumlegierung und/oder eine Kupferlegierung, insbesondere CuBe oder CuCrZr, und/oder als zweites Stabmaterial Kupfer und/oder Aluminium verwendet wird. Kupfer und/oder Aluminium sind häufig ohnehin verwendete Materialien für Kurzschlussstäbe bzw. Kurzschlusskäfige als Ganzes und können zweckmäßig um geeignete erste Stabmaterialien Aluminiumlegierung und/oder bevorzugt eine Kupferlegierung, insbesondere CuBe oder CuCrZr, erweitert werden, die insbesondere nicht nur eine geringere Leitfähigkeit aufweisen, sondern auch höherfest und/oder temperaturbeständiger sind.Specifically, it may be provided that the first rod material used is an aluminum alloy and / or a copper alloy, in particular CuBe or CuCrZr, and / or copper and / or aluminum as the second rod material. Copper and / or aluminum are frequently used materials for short-circuit bars or short-circuit cages as a whole and can be expediently extended to suitable first rod materials aluminum alloy and / or preferably a copper alloy, in particular CuBe or CuCrZr, which in particular not only have a lower conductivity, but are also higher strength and / or temperature resistant.

Für eine konkrete Ausbildung der Form der Ausnehmung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Ausnehmung im Querschnitt kreisanteilsförmig begrenzt ist. Das bedeutet, die Ausnehmung bzw. Aussparung liegt als runde Einbuchtung in den Kurzschlussstab radial außen vor. Eine solche Formgebung deckt nicht nur insbesondere die Rückwirkungsbereiche hervorragend ab, sondern ist auch der mechanischen Stabilität des Kurzschlussstabes gegen radial wirkende Zentrifugalkräfte zuträglich.For a concrete embodiment of the shape of the recess, it has proven to be expedient if the recess is limited in cross-section circular-shaped. This means that the recess or recess is present as a round indentation in the short-circuit bar radially outward. Such a shape not only excellently covers the reaction areas in particular, but also contributes to the mechanical stability of the short-circuit bar against radially acting centrifugal forces.

Grundsätzlich können, wie einleitend bereits dargelegt wurde, die Aufnahmen als offene oder geschlossene Nuten ausgebildet sein. Gerade im Hinblick auf geöffnete Nuten ergeben sich im Rahmen der Erfindung jedoch besondere Vorteile, da diese ja auch dem Drängen der Kurzschlussstäbe radial nach außen entgegenwirkt. Mithin kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmen zur Außenseite des Rotorkörpers hin geöffnete, hinterschnittene Nuten sind. Der Hinterschnitt dient dabei zum Bilden von Halteabschnitten, die den jeweiligen Kurzschlussstab gegen die Zentrifugalkräfte in der Aufnahme halten sollen.In principle, as explained in the introduction, the receptacles can be formed as open or closed grooves. Especially with regard to open grooves arise within the scope of the invention, however, particular advantages, since this indeed counteracts the urging of the short-circuit bars radially outward. Consequently, it can be provided that the receptacles are open, undercut grooves to the outside of the rotor body. The undercut serves to form holding sections which are intended to hold the respective shorting bar against the centrifugal forces in the receptacle.

Die Kurzschlussstäbe können formschlüssig in den Aufnahmen aufgenommen sein und/oder durch Schweißen und/oder Löten mit den Kurzschlussringen verbunden sein. Zwar ist es grundsätzlich auch denkbar, die Kurzschlussstäbe oder den gesamten Kurzschlusskäfig innerhalb des Blechpakets zu vergießen, jedoch bringt die Erfindung größere Vorteil bei einer Herstellung des Kurzschlusskäfigs in Einzelteilen und nachfolgendem Verbinden mit sich. Die Kurzschlussstäbe können ferner im Querschnitt, insbesondere umfassend die Ausnehmung, eine sich zur Rotoraußenseite hin verbreitende Keilform aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere häufig bei von Umrichtern gespeisten Asynchronmaschinen, beispielsweise im Kraftfahrzeug, zu finden.The shorting bars can be positively received in the recordings and / or be connected by welding and / or soldering with the shorting rings. Although it is basically also possible to cast the short-circuit bars or the entire short-circuit cage within the laminated core, but the invention brings greater advantage in a production of the short-circuit cage in individual parts and subsequent connection with it. The short-circuiting rods may also have, in cross-section, in particular comprising the recess, a wedge shape which propagates towards the outside of the rotor. Such a configuration is particularly often found in asynchronous machines powered by converters, for example in the motor vehicle.

Neben dem Kurzschlussrotor betrifft die Erfindung auch eine Asynchronmaschine mit einem Stator und einem erfindungsgemäßen Kurzschlussrotor. Sämtliche Ausführungen bezüglich des Kurzschlussrotors lassen sich analog auf die Asynchronmaschine übertragen, mit welcher mithin auch die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.In addition to the short-circuit rotor, the invention also relates to an asynchronous machine having a stator and a short-circuit rotor according to the invention. All statements with regard to the short-circuit rotor can be analogously transferred to the asynchronous machine, with which therefore also the already mentioned advantages can be obtained.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine erfindungsgemäße Asynchronmaschine. Die Asynchronmaschine kann im Kraftfahrzeug insbesondere als ein Elektromotor eingesetzt werden.Finally, the invention also relates to a motor vehicle, comprising an asynchronous machine according to the invention. The asynchronous machine can be used in the motor vehicle in particular as an electric motor.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kurzschlussrotor,
2 einen Querschnitt durch einen eine Aufnahme für einen Kurzschlussstab umfassenden Anteil des Kurzschlussrotors in einer ersten Ausführungsform,
3 einen Querschnitt durch einen eine Aufnahme für einen Kurzschlussstab umfassenden Anteil eines Kurzschlussrotors in einer zweiten Ausführungsform,
4 einen Querschnitt durch einen eine Aufnahme für einen Kurzschlussstab umfassenden Anteil eines Kurzschlussrotors in einer dritten Ausführungsform, und
5 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.

Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Showing:

1 a longitudinal section through a short-circuit rotor according to the invention,
2 3 shows a cross section through a portion of the short-circuit rotor comprising a receptacle for a short-circuiting rod in a first embodiment,
3 3 shows a cross section through a portion of a short-circuit rotor comprising a receptacle for a short-circuiting rod in a second embodiment,
4 a cross section through a portion comprising a receptacle for a shorting bar of a short-circuit rotor in a third embodiment, and
5 an inventive motor vehicle.

1 zeigt einen prinzipiellen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kurzschlussrotor 1. Dieser umfasst eine Welle 2, auf der ein Blechpaket 3 angeordnet ist, welches Aufnahmen 4, äquidistant in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend, aufweist, in denen jeweils ein elektrisch leitender Kurzschlussstab 5 eingesetzt ist, dessen konkrete Ausbildung im Folgenden noch mit Hinblick auf die in den 2 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiele dargelegt wird. Um den Kurzschlusskäfig zu bilden, sind die Kurzschlussstäbe 5 an beiden Längsenden mit einem Kurzschlussring 6 verbunden, vorliegend durch Löten und/oder Schleifen. Die Aufnahme 4 ist als offene Nut ausgebildet, in der die Kurzschlussstäbe 5 formschlüssig aufgenommen sind. 1 shows a schematic cross section through a short-circuit rotor according to the invention 1 , This includes a wave 2 on which a laminated core 3 is arranged, which recordings 4 , equidistantly in the circumferential direction consecutively, in which in each case an electrically conductive short-circuiting rod 5 whose concrete training is described below with regard to 2 to 4 explained embodiments is set forth. To form the shorting cage, the shorting bars are 5 at both longitudinal ends with a short circuit ring 6 connected, in this case by soldering and / or grinding. The recording 4 is designed as an open groove in which the shorting bars 5 are recorded positively.

2 zeigt in Form eines Ausschnitts aus dem Querschnitt des Kurzschlussrotors 1 eine erste Ausgestaltung der Kurzschlussstäbe 5. Der Kurzschlussstab 5 ist ersichtlich keilförmig und sich zur Außenseite 7 des Rotorkörpers hin verbreiternd ausgebildet. Er besteht vorliegend aus Kupfer oder Aluminium. Radial außen, also zum Außenumfang 7 hin, weist der Kurzschlussstab 5 eine Ausnehmung 8 auf, die aufgrund der als offene Nut ausgebildeten Aufnahme 4 und der formschlüssigen Aufnahme des Kurzschlussstabs 5 luftgefüllt ist. Das bedeutet, in diesem Bereich können keine durch die Ankerrückwirkung erzeugten Wirbelströme, die zur Erwärmung des Rotors 1 führen könnten, entstehen. Durch die kreisanteilsförmige Begrenzung 9 ist zudem eine erhöhte Stabilität gegenüber Zentrifugalkräften gegeben. 2 shows in the form of a section of the cross section of the short-circuit rotor 1 a first embodiment of the short-circuit bars 5 , The shorting bar 5 is clearly wedge-shaped and facing the outside 7 formed widening of the rotor body. It consists in the present case of copper or aluminum. Radial outside, so to the outer circumference 7 towards, the shorting bar 5 has a recess 8th on, due to the trained as an open groove recording 4 and the positive reception of the shorting bar 5 is filled with air. This means that in this area can not be generated by the armature reaction eddy currents, which are used to heat the rotor 1 could result. Due to the circular part-shaped boundary 9 In addition, there is an increased stability against centrifugal forces.

3 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform der Kurzschlussstäbe 5. Dort ist nun keine Ausnehmung 8 vorgesehen, sondern der Kurzschlussstab besteht aus einem ersten Material 9 und einem zweiten Material 10, wobei das erste Material 9, das eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das zweite Material 10, radial außen, also zur Außenseite 7 hin, angeordnet ist, einen Rückwirkungsbereich abdeckend, in dem ein Maß für von der Ankerrückwirkung induzierte parasitäre Wirbelströme einen Schwellwert überschreitet. Um weitere Verbesserungen zu erreichen, ist das erste Material 9 auch temperaturbeständiger und mit einer höheren Deformierungsfestigkeit als das zweite Material 10 versehen. 3 shows a second possible embodiment of the shorting bars 5 , There is no recess now 8th provided, but the shorting bar is made of a first material 9 and a second material 10 , where the first material 9 having a lower electrical conductivity than the second material 10 , radially outside, so to the outside 7 , covering a region of reaction in which a measure of the armature reaction induced parasitic eddy currents exceeds a threshold. To achieve further improvements, this is the first material 9 also more temperature resistant and with a higher deformation resistance than the second material 10 Mistake.

Als erstes Material 9 kann hier Aluminiumlegierung und/oder eine Kupferlegierung, insbesondere CuBe oder CuCrZr, gewählt werden; das zweite Material 10 ist wiederum Aluminium oder Kupfer.As first material 9 Here, aluminum alloy and / or a copper alloy, in particular CuBe or CuCrZr be selected; the second material 10 is again aluminum or copper.

4 zeigt eine dritte Ausführungsform, die die Ausführungsformen nach 2 und 3 kombiniert. Der eingesetzte Kurzschlussstab 5 weist dann jeweils nicht nur das erste Material 9 und das zweite Material 10 auf, sondern im ersten Material 9 ist auch eine Ausnehmung 8 entsprechend 2 vorgesehen. 4 shows a third embodiment, the embodiments according to 2 and 3 combined. The inserted shorting bar 5 then not only indicates the first material 9 and the second material 10 on, but in the first material 9 is also a recess 8th corresponding 2 intended.

5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 11. In diesem ist als Antriebsmotor ein Elektromotor vorgesehen, der als erfindungsgemäße Asynchronmaschine 12 mit einem Stator 13 und dem Kurzschlussrotor 1 ausgebildet ist. Gerade in Kraftfahrzeugen, wo hohe Leistungen von Asynchronmaschinen 12 gefordert werden, ist die Erfindung mit besonderem Vorteil anwendbar. 5 finally shows a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention 11 , In this, an electric motor is provided as the drive motor, as an asynchronous machine according to the invention 12 with a stator 13 and the short-circuit rotor 1 is trained. Especially in motor vehicles, where high performance of asynchronous machines 12 be claimed, the invention is applicable with particular advantage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4308683 A1 [0005]DE 4308683 A1 [0005]

Claims

Kurzschlussrotor (1) für einen Asynchronmotor (12), aufweisend ein den Rotorkörper bildendes Blechpaket (3), welches Aufnahmen (4) für Kurzschlussstäbe (5) eines Kurzschlusskäfigs aufweist, in die Aufnahmen (4) eingesetzte elektrisch leitende Kurzschlussstäbe (5) und mit den Kurzschlussstäben (5) elektrisch leitend zur Bildung des Kurzschlusskäfigs verbundene Kurzschlussringe (6), dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Kurzschlussstäbe (5) eine zum Außenumfang (7) des Rotorkörpers hin gelegene, mit Luft gefüllte Ausnehmung (8) aufweisen und/oder aus wenigstens zwei Stabmaterialien (9, 10), wobei ein erstes Stabmaterial (9) der Stabmaterialien (9, 10), das eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das zweite Stabmaterial (10) der Stabmaterialien (9, 10) aufweist, in einem zum Außenumfang (7) des Rotorkörpers gelegenen Querschnittsanteil der Kurzschlussstäbe (5) angeordnet ist, bestehen.Short - circuit rotor (1) for an asynchronous motor (12) comprising a laminated core (3) forming the rotor body, which has receptacles (4) for shorting bars (5) of a short - circuit cage, electrically conductive shorting bars (5) inserted into the receptacles (4) and with short-circuiting rings (6) connected to the short-circuiting bars in an electrically conductive manner to form the short-circuiting cage, characterized in that the inserted shorting bars (5) have an air-filled recess (8) towards the outer circumference (7) of the rotor body and / or out at least two rod materials (9, 10), wherein a first rod material (9) of the rod materials (9, 10), which has a lower electrical conductivity than the second rod material (10) of the rod materials (9, 10), in a to the outer periphery ( 7) of the rotor body located cross-sectional portion of the short-circuiting rods (5) is arranged exist.

Kurzschlussrotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) und/oder der Querschnittsanteil einen Rückwirkungsbereich, in dem ein Maß für von der Ankerrückwirkung induzierte parasitäre Wirbelströme einen Schwellwert überschreitet, abdeckt.Short circuit rotor (1) to Claim 1 , characterized in that the recess (8) and / or the cross-sectional portion covers a reaction region in which a measure of the parasitic eddy currents induced by the armature reaction exceeds a threshold value.

Kurzschlussrotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) und/oder der Querschnittsanteil mittig bezüglich des Querschnitts der Kurzschlussstäbe (5) angeordnet ist und/oder symmetrisch bezüglich einer zur Längsachse des jeweiligen Kurzschlussstabes (5) in radialer Richtung des Rotorkörpers verlaufenden Mittelachse ausgebildet ist.Short circuit rotor (1) to Claim 1 or 2 , characterized in that the recess (8) and / or the cross-sectional portion is arranged centrally with respect to the cross section of the shorting bars (5) and / or symmetrical with respect to a longitudinal axis of the respective shorting bar (5) extending in the radial direction of the rotor body central axis.

Kurzschlussrotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (9) eine höhere Deformierungsfestigkeit und/oder eine höhere Temperaturbeständigkeit als das zweite Material (10) aufweist.Short-circuit rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material (9) has a higher deformation resistance and / or a higher temperature resistance than the second material (10).

Kurzschlussrotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Material (9) X oder Y oder Z und/oder als zweites Material (10) Kupfer und/oder Aluminium verwendet wird.Short-circuit rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that X or Y or Z and / or as the second material (10) copper and / or aluminum is used as the first material (9).

Kurzschlussrotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) im Querschnitt kreisanteilsförmig begrenzt ist.Short-circuit rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (8) is limited in the form of a circle in cross section.

Kurzschlussrotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Aufnahmen (4) zur Außenseite (7) des Rotorkörpers hin geöffnete, hinterschnittene Nuten sind.Short-circuit rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the receptacles (4) to the outside (7) of the rotor body are open, undercut grooves.

Kurzschlussrotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlussstäbe (5) formschlüssig in den Aufnahmen (4) aufgenommen sind und/oder durch Schweißen und/oder Löten mit den Kurzschlussringen (6) verbunden sind und/oder im Querschnitt, insbesondere umfassend die Ausnehmung (8), eine sich zur Rotoraußenseite (7) hin verbreiternde Keilform aufweisen.Short-circuit rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the short-circuit bars (5) are positively received in the receptacles (4) and / or connected by welding and / or soldering with the short circuit rings (6) and / or in cross section , in particular comprising the recess (8), have a wedge shape widening towards the rotor outer side (7).

Asynchronmaschine (12) mit einem Stator (13) und einem Kurzschlussrotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Asynchronous machine (12) with a stator (13) and a short-circuit rotor (1) according to one of the preceding claims.

Kraftfahrzeug (11), aufweisend eine Asynchronmaschine (12) nach Anspruch 9.Motor vehicle (11), comprising an asynchronous machine (12) according to Claim 9 ,