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 um eine Rotorachse drehbar ist, ein Rotoraußenteil und ein mit dem Rotoraußenteil mechanisch gekoppeltes Rotorinnenteil umfasst, wobei das Rotorinnenteil bezüglich der Rotorachse radial innerhalb des Rotoraußenteils angeordnet ist, wobei das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil jeweils eine Kurzschlusswicklung aufweisen, die jeweils zwei Kurzschlussringe und mehrere die zwei Kurzschlussringe miteinander verbindende Kurzschlussstäbe umfasst, wobei das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil jeweils mehrere Stabaufnahmeöffnungen, beispielsweise Nuten oder Schlitze, zur Aufnahme jeweils eines der Kurzschlussstäbe der jeweiligen Kurzschlusswicklung aufweisen, wobei die Kurzschlussstäbe jeweils über einen Umfang des Rotoraußenteils bzw. des Rotorinnenteils verteilt sind, sich jeweils mit einer Längserstreckung in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse durch das Rotoraußenteil bzw. das Rotorinnenteil erstrecken und jeweils mit einer Radialerstreckung entlang einer Radialerstreckungsachse in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse verlaufen, wobei das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil jeweils eine Nutteilung aufweisen, die sich aus einem Quotienten von 360 Grad dividiert durch eine Anzahl der Kurzschlussstäbe des Rotoraußenteils bzw. des Rotorinnenteils ergibt und die beispielsweise gleich ausgebildet ist.

Häufig weisen Blechpakete von Rotoren einer Asynchronmaschine eine sogenannte Schrägung auf, bei der die Blechlamellen in axialer Richtung gesehen stetig zunehmend in einer Drehrichtung um die Rotorachse verdreht sind, beispielsweise um eine ganze Nutteilung. Auf diese Weise wird die Drehmomentwelligkeit der Asynchronmaschine verringert. Nachteilig ist, dass diese Schrägung technisch aufwendig herzustellen ist, erhebliche Zusatzverluste durch Eisenquerströme verursacht sowie die Leistung und das maximale Drehmoment der Asynchronmaschine verringert.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit auf eine einfachere Weise erreicht wird, indem die Kurzschlussstäbe des Rotoraußenteils gegenüber den Kurzschlussstäben des Rotorinnenteils in Umfangsrichtung versetzt sind, insbesondere um einen Wert der Nutteilung im Bereich zwischen einem Drittel und zwei Drittel, insbesondere um eine halbe Nutteilung. Durch die erfindungsgemäße Ausführung werden außerdem die Eisenquerströme verringert oder vermieden sowie die Akustik verbessert bzw. die Betriebsgeräusche verringert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors der elektrischen Asynchronmaschine möglich.

Vorteilhaft ist, dass der Versatz der Kurzschlussstäbe des Rotoraußenteils gegenüber den Kurzschlussstäben des Rotorinnenteils bestimmt ist bezüglich der Radialerstreckungsachsen der Kurzschlussstäbe und/oder bezüglich der Mittelpunkte oder geometrischen Schwerpunkte der Querschnitte der Kurzschlussstäbe.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil jeweils ein Blechpaket aufweisen und das Blechpaket des Rotoraußenteils und das Blechpaket des Rotorinnenteils jeweils ungeschrägt ausgebildet sind. Auf diese Weise ergeben sich Zylinder- oder stabförmige Kurzschlussstäbe ohne Stufen bzw. ohne Schrägung, so dass die Achsen der Kurzschlussstäbe in axialer Richtung jeweils durchgängig geradlinig sind. Der Rotor ist auf diese Weise besonders einfach herstellbar. Der Versatz der Kurzschlussstäbe des Rotoraußenteils gegenüber den Kurzschlussstäben des Rotorinnenteils ist bei dieser Ausführung vorteilhafterweise eine halbe Nutteilung.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Blechpaket des Rotoraußenteils und das Blechpaket des Rotorinnenteils nach einer alternativen Ausführung jeweils eine bestimmte Schrägung aufweisen und zueinander gegenläufig geschrägt sind, insbesondere jeweils um eine halbe Nutteilung, wobei die Summe der Beträge der Schrägungen des Rotoraußenteils und des Rotorinnenteils insbesondere eine ganze Nutteilung beträgt. Diese alternative Ausführung hat den Vorteil, dass in dem Rotoraußenteil und dem Rotorinnenteil eine Reduzierung der durch die Nutung verursachten Stromoberschwingungen erzielt werden kann. Der Versatz der Kurzschlussstäbe des Rotoraußenteils gegenüber den Kurzschlussstäben des Rotorinnenteils ist bei dieser Ausführung vorteilhafterweise eine halbe Nutteilung.

Die Stabaufnahmeöffnungen des Rotoraußenteils und/oder des Rotorinnenteils können in radialer Richtung vorteilhafterweise offen oder geschlossen ausgebildet sein. Eine offene Ausführung reduziert den Rotorstreufluss und bewirkt damit eine bessere Leistungsausnutzung bei hohen Drehzahlen, während eine geschlossene Ausführung zur Verlustreduzierung im Rotor beiträgt.

Auch vorteilhaft ist, wenn die Stabaufnahmeöffnungen des Rotoraußenteils gegenüber den Stabaufnahmeöffnungen des Rotorinnenteils hinsichtlich der Form unterschiedlich ausgebildet sind. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit und eine Optimierung des Wirkungsgrads erreicht werden.

Sehr vorteilhaft ist, wenn der Rotor eine Rotorwelle umfasst, wobei das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil unter Einstellung des Versatzes auf der Rotorwelle befestigt sind. Auf diese Weise können das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil als separate Bauteile hergestellt und erfindungsgemäß zu dem Rotor verbunden werden.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst das Rotorinnenteil, insbesondere dessen Blechpaket, eine zentrale Durchgangsöffnung für die drehmomentübertagende Lagerung des Rotorinnenteils auf der Rotorwelle, wobei am Rotoraußenteil ein Außenteilträger, insbesondere aus Stahl, zur drehmomentübertragenden Verbindung des Rotoraußenteils mit der Rotorwelle vorgesehen ist. Auf diese Weise sind das Rotorinnenteil und das Rotoraußenteil getrennt voneinander mit der Rotorwelle verbunden und drehen im Betrieb jeweils mit der gleichen Drehzahl.

Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Asynchronmaschine mit einem Stator und mit einem erfindungsgemäßen Rotor, wobei der Stator in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse gesehen zwischen dem Rotoraußenteil und dem Rotorinnenteil angeordnet ist. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig.l zeigt im Längsschnitt eine elektrische Asynchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor und

Fig.2 eine Teilansicht eines Querschnitts durch den Stator und den erfindungsgemäßen Rotor der Asynchronmaschine nach Fig.l. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig.l zeigt im Längsschnitt eine elektrische Asynchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor. Der Rotor 2 der elektrischen Asynchronmaschine 1 ist um eine Rotorachse 3 drehbar und umfasst ein Rotoraußenteil 2.1 und ein mit dem Rotoraußenteil 2.1 mechanisch gekoppeltes Rotorinnenteil 2.2. Das Rotorinnenteil 2.2 ist bezüglich der Rotorachse 3 radial innerhalb des Rotoraußenteils 2.1 angeordnet ist. Das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 haben jeweils eine Kurzschlusswicklung 4,5, die jeweils zwei Kurzschlussringe 4.1, 5.1 und mehrere die zwei Kurzschlussringe 4.1, 5.1 miteinander verbindende Kurzschlussstäbe 4.2, 5.2 aufweist.

Das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 umfassen jeweils ein Blechpaket 9,10 und haben in ihrem Blechpaket 9,10 jeweils mehrere Stabaufnahmeöffnungen 8, insbesondere Nuten oder Schlitze, zur Aufnahme jeweils eines der Kurzschlussstäbe

4.2, 5.2 der jeweiligen Kurzschlusswicklung 4,5.

Fig.2 zeigt eine Teilansicht eines Querschnitts durch den Stator und den erfindungsgemäßen Rotor der Asynchronmaschine nach Fig.l. Die Kurzschlussstäbe 4.2, 5.2 sind jeweils über einen Umfang des Rotoraußenteils 2.1 bzw. Rotorinnenteils 2.2 verteilt und erstrecken sich jeweils mit einer Längserstreckung in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 durch das Blechpaket 9,10 des Rotoraußenteils 2.1 bzw. des Rotorinnenteils 2.2. Weiterhin weisen die Kurzschlussstäbe 4.2, 5.2 in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 jeweils eine Radialerstreckung auf, die sich jeweils entlang einer Radialerstreckungsachse 12 erstreckt. Außerdem weisen das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 jeweils eine Nutteilung t auf, die sich aus einem Quotienten von 360 Grad dividiert durch eine Anzahl der Kurzschlussstäbe 4.2, 5.2 des Rotoraußenteils 2.1 bzw. des Rotorinnenteils

2.2 ergibt und die beispielsweise für Rotoraußenteil 2.1 und Rotorinnenteil 2.2 gleich ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kurzschlussstäbe 4.2 des Rotoraußenteils 2.1 gegenüber den Kurzschlussstäben 5.2 des Rotorinnenteils 2.2 in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 3 versetzt sind, beispielsweise um einen Wert der Nutteilung t im Bereich zwischen einem Drittel und zwei Drittel, insbesondere um eine halbe Nutteilung t. Der erfindungsgemäße Versatz D der Kurzschlussstäbe 4.2 des Rotoraußenteils 2.1 gegenüber den Kurzschlussstäben 5.2 des Rotorinnenteils 2.2 bestimmt sich beispielsweise bezüglich der Radialerstreckungsachsen 12 der Kurzschlussstäbe 4.2, 5.2 oder bezüglich der Mittelpunkte M oder geometrischen Schwerpunkte S der Querschnitte der Kurzschlussstäbe 4.2, 5.2. Die Kurzschlussstäbe

4.2.5.2 sind beispielsweise jeweils spiegelsymmetrisch bezüglich ihrer Radialerstreckungsachse 12 ausgeführt.

Das Blechpaket 9 des Rotoraußenteils 2.1 und das Blechpaket 10 des Rotorinnenteils

2.2 kann jeweils ungeschrägt ausgebildet sein. Für diese ungeschrägte Ausführung beträgt der erfindungsgemäße Versatz D der Kurzschlussstäbe 4.2 beispielsweise eine halbe Nutteilung t. Alternativ können das Blechpaket 9 des Rotoraußenteils 2.1 und das Blechpaket 10 des Rotorinnenteils 2.2 jeweils eine bestimmte Schrägung aufweisen und zueinander gegenläufig geschrägt sein, beispielsweise jeweils um eine halbe Nutteilung, wobei die Summe der Beträge der Schrägungen des Rotoraußenteils

2.1 und des Rotorinnenteils 2.2 beispielsweise eine ganze Nutteilung beträgt. Für diese geschrägte Ausführung beträgt der erfindungsgemäße Versatz D der Kurzschlussstäbe

4.2 beispielsweise eine halbe Nutteilung t. Die Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotoraußenteils 2.1 und/oder des Rotorinnenteils 2.2 können in radialer Richtung wie im Ausführungsbeispiel offen oder alternativ geschlossen ausgebildet sein. Die Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotoraußenteils 2.1 sind beispielsweise an oder nahe einem Innenumfang des Rotoraußenteils 2.1 und die Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotorinnenteils 2.2 an oder nahe einem Außenumfang des Rotorinnenteils 2.2 vorgesehen.

Darüber hinaus können die Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotoraußenteils 2.1 gegenüber den Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotorinnenteils 2.2 hinsichtlich der Form unterschiedlich ausgebildet sein. Die Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotoraußenteils 2.1 sind beispielsweise formgleich ausgebildet, ebenso beispielsweise die Stabaufnahmeöffnungen 8 des Rotorinnenteils 2.2.

Der Rotor 2 weist außerdem eine Rotorwelle 2.3 auf, wobei das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 unter Einstellung des erfindungsgemäßen Versatzes D auf der Rotorwelle 2.3 befestigt sind.

Das Blechpaket 10 des Rotorinnenteils 2.2 weist beispielsweise eine zentrale Durchgangsöffnung 13 für die Lagerung des Rotorinnenteils 2.2 auf der Rotorwelle 2.3 auf. Das Rotoraußenteil 2.1 ist beispielsweise über einen Außenteilträger 2.4 mit der Rotorwelle 2.3 mechanisch gekoppelt. Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Außenteilträger 2.4 topfförmig ausgebildet und weist einen mit der Rotorwelle 2.3 verbundenen scheibenförmigen Nabenabschnitt 15 und einen zylinderförmigen Zylinderabschnitt 16 auf. Der Nabenabschnitt 15 des Außenteilträgers 2.4 ist auf einer der beiden Stirnseiten des Rotors 2 angeordnet.

Das Rotoraußenteil 2.1 ist beispielsweise mit einer Außenseite des Blechpaketes 9 an einer Innenseite des Zylinderabschnittes des topfförmigen Außenteilträgers 2.4 befestigt.

Die Asynchronmaschine 1 umfasst neben dem erfindungsgemäßen Rotor 2 einen Stator 20, der in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 gesehen zwischen dem Rotoraußenteil 2.1 und dem Rotorinnenteil 2.2 angeordnet und an einem Lagerschild 30 eines Gehäuses 31 befestigt ist.

Der Stator 20 weist an einem dem Rotoraußenteil 2.1 zugewandten Außenumfang und an einer dem Rotorinnenteil 2.2 zugewandten Innenumfang jeweils einen Kranz von Statorzähnen 21 auf. Außerdem hat der Stator 20 ein ringförmiges Statorjoch 22, von dem ausgehend die Statorzähne 21 in radialer Richtung nach innen bzw. außen abragen. Zwischen benachbarten Statorzähnen 21 des Stators 20 sind jeweils Statornuten 23 ausgebildet, in denen jeweils elektrische Leiter 25 einer Statorwicklung 24 verlaufen.