КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР И СТЕРЖЕНЬ С ПРОРЕЗЬЮ Российский патент 2018 года по МПК H02K17/16 

Изобретение относится к короткозамкнутому ротору согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, к электрической машине, которая включает в себя короткозамкнутый ротор, и к стержню для короткозамкнутого ротора. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления короткозамкнутого ротора.

Подобный короткозамкнутый ротор известен из WO 2012/041943 A2. Там для улучшения качества короткозамкнутого ротора и асинхронной электрической машины описываются меры, для того чтобы преодолевать или уменьшать возникающие при этом проблемы. Там описывается то, что короткозамкнутый ротор асинхронной машины имеет стержень в пакете сердечника ротора, причем стержень может наклоняться в положении наклона. При этом стержень может предпочтительно наклоняться таким образом, что его концы могут наклоняться по направлению к оси короткозамкнутого ротора. То есть в концевой области пакета сердечника ротора возникает зазор для стержня, причем стержень может изгибаться в направлении зазора. Таким образом, зазор делает возможным изгиб концов стержней ротора по направлению к оси. Это имеет то преимущество, что стержень может поддаваться усилию, которое возникает, если при отверждении расплава сжимается короткозамыкающее кольцо, и на стержень оказывается усилие в направлении оси короткозамкнутого ротора. Таким образом, проблема решается вследствие того, что повышается переходное сопротивление между короткозамыкающим кольцом и стержнем, если стержень не может следовать за сжимающимся при процессе охлаждения, короткозамыкающим кольцом. Место соединения между стержнем и короткозамыкающим кольцом в значительной степени отвечает за эксплуатационные параметры короткозамкнутого ротора или электрической машины. Улучшение этого места соединения автоматически приводит к улучшению электрических параметров, в частности коэффициента полезного действия.

Благодаря устремлениям существенно сокращать потребление энергии очень важно сделать дальнейший технический вклад, который сам по себе, альтернативно или в комбинации с известными мерами делает возможной электрическую машину с высоким коэффициентом полезного действия.

Поэтому в основе изобретения лежит задача по предоставлению короткозамкнутого ротора для электрической машины с высоким коэффициентом полезного действия.

Задача решается с помощью короткозамкнутого ротора для электрической машины с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Соответствующий изобретению короткозамкнутый ротор для электрической машины включает в себя:

- пакет сердечника ротора, который имеет паз,

- прилитое на осевом конце пакета сердечника ротора, короткозамыкающее кольцо, которое имеет первый материал, и

- стержень, который расположен в пазе и имеет конец стержня,

- причем конец стержня вдается в первый материал,

- причем вдающийся в первый материал конец стержня имеет, по меньшей мере, одну прорезь.

Задача также решается с помощью электрической машины с признаками пункта 10 формулы изобретения.

Соответствующая изобретению электрическая машина включает в себя соответствующий изобретению короткозамкнутый ротор.

Задача также решается с помощью стержня для короткозамкнутого ротора с признаками пункта 11 формулы изобретения.

Соответствующий изобретению стержень является стрежнем для соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора.

Кроме того, задача решается с помощью способа изготовления короткозамкнутого ротора согласно пункту 12 формулы изобретения.

В соответствующем изобретению способе изготовления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора конец стержня, имеющий, по меньшей мере, одну прорезь, располагается в пазе с возможностью изгиба.

Конец стержня может предпочтительно иметь несколько прорезей. Таким образом, может улучшаться гибкость конца стрежня, и может предпочтительно достигаться эффективная для электрического сопротивления площадь поперечного сечения плоскостей поперечного сечения. Так прорезь может следовать за, по меньшей мере, одной прорезью, предпочтительно за несколькими прорезями.

Соответствующий изобретению короткозамкнутый ротор решает задачу, предпочтительно благодаря тому, что конец стержня может изгибаться посредством прорези. Так конец стержня может предпочтительно следовать за усадкой первого материала при отверждении после или во время отливки короткозамыкающего кольца, так как радиальный изгибающий момент стержня, противодействующий усилиям, которые при усадке первого материала воздействуют на конец стержня, уменьшается благодаря прорези на конце стержня. Вследствие этого достигается предпочтительное соединение между стержнем и прилитым короткозамыкающим кольцом, приводящее к низкому электрическому сопротивлению между стержнем и короткозамыкающим кольцом и приводящее тем самым к короткозамкнутому ротору для электрической машины с высоким коэффициентом полезного действия.

Кроме того, предпочтительно достигается механически прочное соединение между стержнем и прилитым короткозамыкающим кольцом, так как стержень может следовать за усадкой первого материала при отверждении расплава соответствующим образом.

Конец стержня в зависимости от усилий, которые при усадке первого материала воздействуют на конец стержня, может иметь изгиб. Деформация, которую при этом испытывает конец стрежня, может быть упругой деформацией. Таким образом, предпочтительно существует линейная зависимость между действующим посредством отверждения расплава усилием и расстоянием, которому следует стрежень при отвердевающем расплаве.

Деформация конца стрежня может быть пластической деформацией. Так действующим при усадке первого материала усилиям может оказываться противодействие при помощи определенного противодействующего усилия, чье изменение во времени адаптировано к изменению во времени действующих усилий таким образом, что достигается предпочтительное соединение между стержнем и прилитым короткозамыкающим кольцом.

Стержень имеет наибольшую протяженность в осевом направлении стержня от одного конца до другого конца стрежня, которое измеряется в качестве длины стержня. Перпендикулярно к осевому направлению стержня внутри стержня проходят плоскости поперечного сечения. В плоскостях поперечного сечения стержень имеет первое направление стержня, в котором измеряется ширина стрежня, и второе направление стрежня, в котором измеряется высота стрежня.

Предпочтительно высота стержня может быть больше чем ширина стрежня. Вследствие этого при пуске электрической машины с короткозамкнутым ротором стержень среди прочего имеет высокое, эффективное, электрическое сопротивление, а при эксплуатации электрической машины низкое, эффективное, электрическое сопротивление.

Предпочтительно стержень может быть асимметричным относительно первого направления стержня. Благодаря асимметрии стержня относительно первого направления стержня асимметричная геометрия для плоскостей поперечного сечения стержня может выбираться таким образом, что стержень при пуске электрической машины с короткозамкнутым ротором имеет предпочтительное, высокое, эффективное, электрическое сопротивление, которое с возрастанием числа оборотов короткозамкнутого ротора во время эксплуатации электрической машины предпочтительно изменяется на низкое, эффективное, электрическое сопротивление.

Длина стрежня, ширина стрежня и высота стержня являются габаритными размерами стержня. Стержень имеет второй материал, который может быть, например медью.

Поверхность конца стрежня имеет прорезь, причем прорезь проходит с поверхности стержня на глубину прорези вовнутрь стрежня. Таким образом, прорезь имеет поверхность реза со стержнем.

Предпочтительно прорезь может изготовляться при незначительной трудоемкости. Так прорезь с незначительной трудоемкостью может изготовляться посредством пропиливания стержня.

При эксплуатации электрической машины электрическая энергия может подаваться также через обмотку статора и преобразовываться в механическую энергию благодаря магнитному взаимодействию между статором и короткозамкнутым ротором. При этом короткозамкнутый ротор приводится во вращение, и на валу механическая энергия может выдаваться механическому потребителю в виде вращательного движения.

Для вращения короткозамкнутого ротора вокруг оси вращения короткозамкнутый ротор имеет вал, который проходит вдоль оси вращения, и на котором закреплен пакет сердечника ротора. Пакет сердечника ротора включает в себя листы, которые расположены слоями от одного осевого конца пакета сердечника ротора до другого осевого конца пакета сердечника ротора. Для приема стержня листы имеют отверстия, которые образуют паз. Для магнитного взаимодействия короткозамкнутого ротора со статором короткозамкнутый ротор имеет обмотку. Обмотка включает в себя стержень и прилитое короткозамыкающее кольцо, которое замыкает обмотку накоротко. Чем ниже электрическое сопротивление, в частности действующее во время эксплуатации электрической машины сопротивление, которое является обмоткой короткозамкнутого ротора, тем выше коэффициент полезного действия, который достигается в электрической машине с короткозамкнутым ротором. Для того чтобы достигать предпочтительного вращения короткозамкнутого ротора в электрической машине, короткозамкнутый ротор имеет один или несколько дополнительных стержней, причем стержень и дополнительный стержень или дополнительные стрежни проходят от одного осевого конца пакета сердечника ротора до другого осевого конца пакета сердечника ротора и на одном осевом конце посредством прилитого короткозамыкающего кольца соединены электрически и механически, предпочтительно таким же образом как и стержень с прилитым короткозамыкающим кольцом. На другом осевом конце пакета сердечника ротора стержень и дополнительный стержень или дополнительные стрежни соответствующим образом соединены посредством другого прилитого короткозамыкающего кольца предпочтительно таким же образом как и стержень на своем конце с прилитым короткозамыкающим кольцом. Для закрепления стрежня, дополнительного стержня или дополнительных стрежней первый материал прилитого короткозамыкающего кольца может проходить через паз до другого прилитого короткозамыкающего кольца.

Осевое направление является направлением параллельным к оси вращения, радиальное направление является направлением перпендикулярным к оси вращения. Если удаляться от оси вращения в радиальном направлении, то сначала достигается дно паза, а затем стержень, который расположен в пазе.

Для защиты электрической машины электрическая машина может иметь корпус, в котором расположен статор, и между статором с возможностью вращения установлен ротор. Установка короткозамкнутого ротора с возможностью вращения может осуществляться на валу посредством подшипников в корпусе.

Наряду с уже указанными преимуществами соответствующая изобретению электрическая машина имеет также то дополнительное преимущество, что наряду с высоким коэффициентом полезного действия электрической машины подшипники для установки короткозамкнутого ротора в корпусе имеют меньший износ. Благодаря прорези на конце стрежня отклонения в симметричном распределении массы короткозамкнутого ротора возникают в большей степени на конце стрежня. На короткозамыкающем кольце эти отклонения могут предпочтительно в непосредственной близости просто компенсироваться посредством балансировочных масс, так что достигается незначительная разбалансировка короткозамкнутого ротора. Незначительный износ подшипников вызывает незначительные потери от трения в подшипниках, так что может предоставляться электрическая машина с высоким коэффициентом полезного действия.

Соответствующий изобретению способ для изготовления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора также имеет то дополнительное преимущество, что конец стержня при отливке короткозамыкающего кольца предпочтительно изгибается. Кроме того, благодаря прорези конец стержня может при отверждении расплава постепенно изгибаться за счет действующих усилий, не создавая при этом препятствие изготовлению короткозамкнутого ротора.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Так предпочтителен вариант осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора, в котором конец стержня благодаря, по меньшей мере, одной прорези имеет более сильный изгиб, чем отрезок стержня, расположенный внутри паза. Вследствие этого конец стержня может следовать за усадкой расплава при меньшем изгибе стержня в пазе. Стержень может быть предпочтительно установлен в пазе. Таким образом, может достигаться меньшая разбалансировка короткозамкнутого ротора. Предпочтительно предотвращаются пустоты в пазе, которые вызывают перемещение стержня в пазе, например при высоких частотах вращения стрежня. Таким образом, достигается меньший износ подшипников.

Предпочтительно стержень может заполнять паз. Таким образом, среди прочего поперечное сечение паза полностью используется для стержня, вследствие чего достигается предпочтительно низкое электрическое сопротивление.

Стержень может быть предпочтительно расположен на дне паза. Таким образом, может достигаться высокая степень заполнения поперечного сечения паза, причем первый материал предпочтительно имеется в области паза, которая в радиальном направлении находится на большем удалении от оси вращения, чем стержень. Таким образом, достигается предпочтительно низкое электрическое сопротивление.

Паз может предпочтительно иметь область, которая заполнена первым материалом. Предпочтительно первый материал может кристаллизоваться в этой области, и кроме того для отверждения первого материала в этой области создаются меньшие препятствия благодаря меньшему изгибу стержня в пазе, так что после отверждения первый материал имеет предпочтительные свойства, которые достигаются определенным образом. Таким образом, может предоставляться электрическая машина с высоким коэффициентом полезного действия.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора рабочая поверхность стержня имеет прорезь. Предпочтительно прорезь может изготовляться на рабочей поверхности стержня простым образом. Кроме того, для изготовления прорези на рабочей поверхности стержень может фиксироваться предпочтительно просто. В частности, если поверхность реза распространяется более чем по 60 процентам высоты стержня, достигается такая гибкость концов стержня, при которой стержень может предпочтительно следовать за усадкой первого материала при отверждении расплава после или во время отливки короткозамыкающего кольца. В частности прорезь находится при этом в той области рабочей поверхности, которая в радиальном направлении отдалена от оси вращения. Таким образом, достигается необходимая степень гибкости концов стержня.

Рабочая поверхность может иметь дополнительную прорезь на противоположной основной прорези стороне рабочей поверхности, причем рабочая поверхность имеет дополнительную прорезь, которая смещена в осевом направлении стержня относительно основной прорези. Таким образом, может предпочтительно достигаться более высокая степень гибкости конца стержня, причем электрическое сопротивление стержня является предпочтительно низким, так как значение наименьшей эффективной площади поперечного сечения для электрического сопротивления остается неизменным по сравнению со стержнем лишь с одной прорезью.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора торцевая поверхность стержня имеет прорезь. Торцевая поверхность является плоскостью поперечного сечения, которая в не смонтированном состоянии стержня видна на одном или на другом конце стержня, так как она образует наружную поверхность стержня. Вследствие того, что торцевая поверхность стержня имеет прорезь, повышается гибкость конца стержня, причем низкое электрическое сопротивление стержня в значительной степени сохраняется по всей длине стержня. Кроме того, предпочтительно то, что прочность стержня отличается по всей длине стержня лишь в незначительной степени. Таким образом, стержень имеет предпочтительную механическую устойчивость.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора прорезь проходит по торцевой поверхности в направлении, которое имеет максимальную по абсолютной величине, векторную составляющую в первом направлении стержня. Вследствие этого предпочтительно повышается гибкость конца стержня, так как понижается момент сопротивления конца стрежня. В частности гибкость стержня предпочтительно повышается, если стержень имеет высоту стержня, которая больше чем ширина стрежня. В частности прорезь проходит по торцевой поверхности предпочтительно в первом направлении, для того чтобы достигать максимального предпочтительного понижения момента сопротивления посредством прорези на торцевой поверхности.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора прорезь проходит по торцевой поверхности в направлении, которое имеет максимальную по абсолютной величине, векторную составляющую во втором направлении стержня. Благодаря прорези на торцевой поверхности достигается предпочтительное понижение момента сопротивления, приводящее к предпочтительной гибкости конца стержня.

Если стержень имеет прорезь на торцевой поверхности, проходящую, как было описано, по существу в первом направлении стержня, то предпочтительно может иметься дополнительная прорезь на торцевой поверхности, проходящая в направлении, которое распространяется, как было описано, по существу во втором направлении стержня. Таким образом, области между прорезями имеют предпочтительно большие размеры в первом и во втором направлении стержня. Кроме того, области между прорезями могут обеспечивать то, что области во время изготовления короткозамкнутого ротора остаются соединенными со стержнем таким образом, что они соединены со стержнем при низком электрическом сопротивлении.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора поверхность реза проходит от одного конца до другого конца стержня. Предпочтительно достигается лучшая гибкость стержня на конце стержня. Кроме того, отдельные проводники (провода), которые образуют стержень, могут растягиваться или расплющиваться с меньшим взаимным влиянием под воздействием усилия, которое действует при отверждении расплава на стержень. При этом поверхность реза проходит между отдельными проводниками, которые проходят вдоль осевого направления стержня, причем поперечные сечения отдельных проводников расположены в пределах плоскостей поперечного сечения стержня. Плоскости поперечного сечения стержня образуют огибающую кривую, которая окружает отдельные проводники.

Предпочтительно прорезь может изготовляться при незначительной трудоемкости. Так прорезь может быть изготовлена посредством расположения отдельных проводников, объединяя их в огибающую кривую стержня.

Отдельные проводники могут иметь круглые поперечные сечения. Таким образом, предпочтительно достигается лучшая гибкость на конце стержня.

Отдельные проводники могут иметь круглые поперечные сечения с диаметром, который имеет значение до одного миллиметра. Таким образом, предпочтительно достигается лучшая гибкость на конце стержня при большой поверхности между отдельными проводниками и короткозамыкающим кольцом. Таким образом, предпочтительно достигается низкое электрическое сопротивление в соединении между отдельными проводниками и короткозамыкающим кольцом.

Отдельные проводники могут иметь прямоугольные поперечные сечения. Таким образом, предпочтительно достигается высокая степень заполнения паза отдельными проводниками. Таким образом, достигается низкое электрическое сопротивление стержня.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора прорезь оканчивается внутри стержня. Таким образом, предпочтительно достигается гибкость конца стержня при предпочтительно незначительной гибкости посередине стержня.

Так конец стрежня выходной частью может выступать из паза на осевом конце пакета сердечника ротора, причем прорезь имеет глубину реза, которая предпочтительно составляет, по меньшей мере, половину длины выходной части и максимум составляет всю длину выходной части. В этом случае прорезь может предпочтительно изготовляться при незначительной трудоемкости посредством пропиливания стержня, так как пропиливание среди прочего может просто производиться на глубину проникновения прорези.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению короткозамкнутого ротора стержень имеет около прорези соединительное устройство. Предпочтительно стержень около прорези удерживается вместе (за одно целое), причем достигается предпочтительная, соответствующая изобретению гибкость и предпочтительное, соответствующее изобретению, низкое, электрическое сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора. Кроме того, благодаря соединительному устройству на прорези достигается более точная установка (вставка) стержня при изготовлении, так что при изготовлении короткозамкнутого ротора или электрических машин с короткозамкнутым ротором могут изготовляться электрические машины с высоким коэффициентом полезного действия.

Соединительное устройство может быть зажимом, который охватывает стержень таким образом, что не создается препятствие для расположения стержня в пазе. Зажим может предпочтительно закрепляться на стержне, в частности с силовым замыканием. Кроме того, зажим может закрепляться на стержне при незначительной трудоемкости.

Соединительное устройство может быть третьим материалом, который заполняет прорезь, по меньшей мере, частично, причем третий материал при температуре, которая, по меньшей мере, равна температуре плавления первого материала, делает возможным изгиб конца стержня посредством меньшего усилия, чем у стержня, который состоит только из первого материала. Таким образом, стержень может предпочтительно иметь форму, которая, как правило, используется для короткозамкнутого ротора. Кроме того, требуются незначительные, в частности не требуются вовсе, подгонки (адаптации) короткозамкнутого ротора к измененной геометрии стержня, которая приводит к ухудшению коэффициента полезного действия электрической машины. Предпочтительно могут также использоваться обычные процессы изготовления с высоким качеством для достижения короткозамкнутого ротора с высоким коэффициентом полезного действия.

Предпочтительно прорезь может изготовляться при незначительной трудоемкости. Так прорезь может изготовляться посредством расположения отдельных проводников, объединяя их в огибающую кривую стержня, и посредством, по меньшей мере, частичного заполнения прорези третьим материалом в расплавленном состоянии.

Чтобы создавались условия для изгиба конца стержня посредством меньшего усилия, чем у стержня, который состоит только из первого материала, третий материал может заполнять прорезь лишь частично в осевом направлении стержня. Таким образом, благодаря третьему материалу может достигаться предпочтительное, прочное, точечное соединение.

Чтобы создавались условия для изгиба конца стержня посредством меньшего усилия, чем у стержня, который состоит только из первого материала, третий материал может иметь температуру плавления, которая имеет значение до значения температуры плавления первого материала. Таким образом, предпочтительно при отверждении расплава стержень еще может изгибаться, а после отверждения он является предпочтительно твердым.

Описанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способ, при помощи которого они достигаются, становятся более ясно и отчетливо понятными в связи с последующим описанием примеров осуществления, которые разъясняются более подробно на чертеже. На чертеже:

фиг. 1 показывает первый пример осуществления электрической машины, которая включает в себя первый пример осуществления короткозамкнутого ротора,

фиг. 2 показывает второй пример осуществления электрической машины, которая включает в себя второй пример осуществления короткозамкнутого ротора,

фиг. 3 показывает третий пример осуществления электрической машины, которая включает в себя третий пример осуществления короткозамкнутого ротора,

фиг. 4 показывает четвертый пример осуществления электрической машины, которая включает в себя четвертый пример осуществления короткозамкнутого ротора,

фиг. 5 показывает частичный поперечный разрез по линии V-V с фиг. 4,

фиг. 6 показывает пятый, шестой, седьмой и восьмой пример осуществления электрической машины, которая включает в себя пятый, шестой, седьмой и восьмой пример осуществления короткозамкнутого ротора,

фиг. 7 показывает частичный поперечный разрез по линии VII-VII с фиг. 6,

фиг. 8 показывает частичный поперечный разрез по линии VIII-VIII с фиг. 6,

фиг. 9 показывает частичный поперечный разрез по линии IX-IX с фиг. 6,

фиг. 10 показывает частичный поперечный разрез по линии X-X с фиг. 6.

Фиг. 1 показывает первый пример осуществления электрической машины 4, которая включает в себя первый пример осуществления короткозамкнутого ротора 3. Электрическая машина 4 является асинхронной машиной и имеет корпус 101, в котором расположен статор 102. Статор 102 имеет обмотку 103. Короткозамкнутый ротор 3 закреплен на валу 18, который установлен на подшипниках 17 качения с возможностью вращения вокруг оси 19 вращения в корпусе 101. Короткозамкнутый ротор 3 включает в себя пакет 5 сердечника ротора, который имеет паз 6, прилитое на осевом конце 7 пакета 5 сердечника ротора, короткозамыкающее кольцо 8, которое имеет первый материал 108, и стержень 9, который расположен в пазе 6 и имеет конец 14 стержня. Пакет 5 сердечника ротора включает в себя металлические листы, которые расположены слоями от одного осевого конца 7 пакета 5 сердечника ротора до другого осевого конца 11 пакета 5 сердечника ротора. Пакет 5 сердечника ротора имеет, например, на осевом конце 7 лист 15 и дальнейший лист 16. Конец 14 стержня благодаря прорези 10 может изгибаться, причем прорезь 10 имеет поверхность 1010 реза с концом 14 стержня. Первый материал 108 является алюминием и был прилит к короткозамкнутому ротору 3 во время процесса литья под давлением.

Обмотка короткозамкнутого ротора 3 имеет стержень 9, дополнительный стержень 109, короткозамыкающее кольцо 8 и дополнительное короткозамыкающее кольцо 110, а также дальнейшие стержни, которые расположены в дальнейших пазах короткозамкнутого ротора 3. Концы дополнительного стержня 109 и дальнейших стержней предпочтительно выполнены аналогичным образом, как и конец 14 стержня, чтобы они посредством прилитого короткозамыкающего кольца 8 были соединены электрически и механически, предпочтительно таким же образом, как и стержень 9 с прилитым короткозамыкающим кольцом 8. На другом осевом конце 11 пакета 5 сердечника ротора стержень 9 и дополнительный стержень 109 или дальнейшие стержни соединены соответствующим образом посредством дополнительного прилитого короткозамыкающего кольца 110 предпочтительно таким же образом, как и стержень 9 на конце 14 стержня с прилитым короткозамыкающим кольцом 8. Стержень 9, дополнительный стержень 109 или дальнейшие стержни имеют второй материал, который является медью.

Осевое направление является направлением параллельным к оси 19 вращения, радиальное направление является направлением перпендикулярным к оси 19 вращения. Если удаляться от оси вращения в радиальном направлении, то сначала достигается дно 13 паза, а затем стержень 9, который расположен в пазе 6.

Конец 14 стержня имеет дополнительную прорезь 12, так что конец стержня имеет несколько прорезей. Таким образом, может предпочтительно достигаться более высокая степень гибкости конца 14 стержня, причем электрическое сопротивление стержня 9 является предпочтительно низким, так как величина наименьшей эффективной площади поперечного сечения для электрического сопротивления является неизменной по сравнению со стержнем лишь с одной прорезью 10. Рабочая поверхность 900, которая является наружной поверхностью конца 14 стержня, имеет прорезь 10 и дополнительную прорезь 12 в той области рабочей поверхности 900, которая в радиальном направлении отдалена от оси 19 вращения. Поверхность 1010 реза проходит более чем на 60 процентов высоты стержня, так что стержень 9 может следовать за усадкой первого материала 108 при отверждении расплава после или во время отливки короткозамыкающего кольца 8. Таким образом, стержень 9 может следовать за усадкой первого материала 108 при отверждении расплава в направлении оси 19 вращения.

Прорези 10, 12 распространяются от рабочей поверхности 900 вовнутрь стержня 9 на глубину прорези. Глубина прорези составляет более чем 60 процентов высоты стержня. Конец 14 стержня имеет более сильный изгиб, чем отрезок стержня, расположенный внутри паза 6. Более сильный изгиб не изображен ни на одной из фигур. Этот отрезок стержня находится между одним осевым концом 7 и другим осевым концом 11 пакета 5 сердечника ротора.

Стержень 9 имеет наибольшую протяженность в осевом направлении 1 стержня от одного конца 14 стержня до другого конца 114 стержня, которое измеряется в качестве длины стержня. Стержень 9 расположен по существу в пазе 6 таким образом, что осевое направление короткозамкнутого ротора 3 или электрической машины 4 проходит параллельно к осевому направлению 1 стержня. Перпендикулярно к осевому направлению 1 стержня внутри стержня 9 проходят плоскости поперечного сечения. В плоскостях поперечного сечения стержень 9 имеет первое направление 2 стержня, в котором измеряется ширина стрежня, и второе направление 300 стрежня, в котором измеряется высота стрежня. Высота стержня больше чем ширина стержня. Стержень 9 является асимметричным относительно первого направления 2 стержня, так как он имеет плоскости поперечного сечения с огибающей кривой как у стержня 49 в четвертом примере осуществления согласно фиг. 5.

Фиг. 2 показывает второй пример осуществления электрической машины 24, которая включает в себя второй пример осуществления короткозамкнутого ротора 23. Конец 244 стержня может изгибаться посредством прорези 22, которую имеет конец 244 стержня в той области рабочей поверхности 929, которая в радиальном направлении отдалена от оси 19 вращения. Рабочая поверхность 929 стержня 29 наряду с прорезью 22 имеет дополнительную прорезь 20 на противоположной прорези 22 стороне рабочей поверхности 929, причем рабочая поверхность 929 имеет дополнительную прорезь 20, которая в осевом направлении 1 стержня смещена относительно прорези 22. Таким образом, конец 244 стержня предпочтительно поддается в осевом направлении 1 стержня, чтобы конец 244 стержня мог поддаваться усилиям, которые действуют при усадке расплава первого материала 108 при определенных условиях также в осевом направлении 1 стержня. Дополнительная прорезь 20 имеет такое смещение в осевом направлении стержня, что осевое расстояние a между дополнительной прорезью 20 и прорезью 22 в осевом направлении 1 стержня имеет, по меньшей мере, такое значение, которое соответствует высоте стержня, будучи уменьшено на глубину прорези 22 или дополнительной прорези 20. Таким образом, может предпочтительно достигаться более высокая степень гибкости конца 244 стержня, причем электрическое сопротивление стержня 29 является предпочтительно низким, так как величина наименьшей эффективной площади поперечного сечения для электрического сопротивления является неизменной по сравнению со стержнем 29 лишь с одной прорезью 22. Таким образом, достигается эффективное для электрического сопротивления поперечное сечение, которое определяется по существу глубиной прорези.

Прорезь 22 и дополнительная прорезь 20 распространяются вглубь стержня 29 более чем на 60 процентов высоты стержня.

Фиг. 3 показывает третий пример осуществления электрической машины 34, которая включает в себя третий пример осуществления короткозамкнутого ротора 33. Конец 344 стержня может изгибаться посредством прорези 32, которую имеет конец 344 стержня в той области рабочей поверхности 939, которая в радиальном направлении отдалена от оси 19 вращения. Рабочая поверхность 939 конца 344 стержня 39 имеет прорезь 32. Стержень 39 имеет дополнительную прорезь 30, которая образует поверхность 130 реза с концом 344 стержня. Дополнительная прорезь 30 имеет дополнительную поверхность 131 реза с концом 344 стержня. Дополнительная прорезь 30 распространяется от рабочей поверхности 939 вовнутрь стержня 39 на глубину прорези в виде клина. Прорезь 32 также распространяется от рабочей поверхности 939 вовнутрь стержня 39 на глубину прорези в виде клина. Вследствие этого первый материал 108 при отверждении после или во время отливки короткозамыкающего кольца 38 при усадке может соприкасаться со стержнем 39 или прижиматься к нему, так что образовывается соединение между стержнем 39 и короткозамыкающем кольцом 38 с низким электрическим сопротивлением. Глубина проникновения прорези 32 и дополнительной прорези 30 составляет более чем 60 процентов высоты стержня 39. Рабочая поверхность 939 имеет дополнительную прорезь 30 на противоположной прорези 32 стороне, причем рабочая поверхность 939 имеет дополнительную прорезь 30, которая в осевом направлении 1 стержня смещена относительно прорези 32.

Фиг. 4 показывает четвертый пример осуществления электрической машины 44, которая включает в себя четвертый пример осуществления короткозамкнутого ротора 43. Конец 444 стержня может изгибаться посредством прорези 40, которую имеет конец 444 стержня. Торцевая поверхность 443 стержня 49 имеет прорезь 40. Конец 444 стержня имеет на торцевой поверхности 443 дальнейшую прорезь 42. Пакет 5 сердечника ротора включает в себя на осевом конце 7 первый металлический лист 15.

Фиг. 5 показывает частичный поперечный разрез по линии V-V с фиг. 4. Частичный поперечный разрез по линии V-V соответствует соответствующему частичному поперечному разрезу вдоль первого листа 15 на осевом конце 7 короткозамкнутого ротора 43. Прорезь 40 на торцевой поверхности 443 проходит в направлении 141, которое имеет максимальную по абсолютной величине, векторную составляющую в первом направлении 2 стержня. Прорезь 40 имеет поверхность 41 реза с концом 444 стержня.

Конец 444 стержня 49 имеет на торцевой поверхности 443 прорезь 400, которая проходит в направлении 1401, которое имеет максимальную по абсолютной величине, векторную составляющую во втором направлении 300 стержня. Прорезь 400 имеет поверхность 1400 реза с концом 444 стержня.

Как показано на фиг. 4, прорези 40, 42 оканчиваются внутри стержня 49. Прорези 40, 42 оканчиваются в той области стержня 49, которая уже незначительно расположена в пазе 6. При этом "незначительно" означает то, что прорези 40, 42 вдаются в паз 6 на толщину листа 15. Именно таким образом проходит частичный поперечный разрез по линии V-V согласно фиг. 5.

Стержень 49 расположен на дне 13 паза 6. Первый материал 108 имеется в той области паза 6, которая в радиальном направлении находится на большем удалении от оси 19 вращения, чем стержень 49. Короткозамкнутый ротор 43 показан на фиг. 4 в том положении, в котором радиальное направление соответствует второму направлению 300 стержня.

Пакет 5 сердечника ротора может иметь в пазе 6 позиционирующие элементы 21. Они могут удерживать стержень 49 предпочтительно в определенном положении, для того чтобы при изготовлении короткозамкнутого ротора 43 сохранять положение стержня 49 на дне 13 паза. Первый лист 15 имеет позиционирующие элементы 21, причем они выполнены за одно целое с листом 15. Таким образом, первый лист 15 со своими позиционирующими элементами 21 может изготовляться из куска листового металла. Предпочтительно первый лист 15 на другом осевом конце 11 пакета 5 сердечника ротора также имеет позиционирующие элементы 21. Вследствие того, что конец 444 стержня благодаря прорезям 40, 42, 400 имеет более сильный изгиб, чем отрезок стержня, расположенный внутри паза 6, конец 444 стержня может предпочтительно следовать за усадкой первого материала 108 при отверждении расплава, без того чтобы позиционирующие элементы 21 заметно препятствовали этому процессу.

Фиг. 6 показывает пятый, шестой, седьмой и восьмой пример осуществления электрической машины, которая включает в себя пятый, шестой, седьмой и восьмой пример осуществления короткозамкнутого ротора. Концы стержней 69, 79, 89, 99 имеют прорези 140, 691, 791, 892 и дальнейшие прорези. Расстояния прорезей 140, 691, 791, 892 и дальнейших прорезей во втором направлении 300 стержня не одинаковы для всех примеров осуществления. Фиг. 6 не дает представления о расстояниях. Если бы расстояния примеров осуществления изображались на фигурах пропорционально друг относительно друга, то для каждого примера осуществления потребовалась бы отдельная фигура, и расстояния должны были бы точно наноситься на эти отдельные фигуры согласно описанию.

Фиг. 7 показывает частичный поперечный разрез по линии VII-VII согласно фиг. 6 пятого примера осуществления электрической машины 64, которая включает в себя пятый пример осуществления короткозамкнутого ротора 63. Частичный поперечный разрез по линии VII-VII соответствует соответствующему частичному поперечному разрезу вдоль первого листа 15 на осевом конце 7 короткозамкнутого ротора 63. Поверхность реза, которую имеет прорезь 691 с концом стержня, проходит между отдельным проводником 70 и дальнейшим отдельным проводником 72, которые проходят вдоль осевого направления 1 стержня, причем поперечное сечение отдельного проводника 70 и поперечное сечение дальнейшего отдельного проводника 72 расположены в пределах плоскостей поперечного сечения стержня 69. Поперечные сечения отдельного проводника 70 и дальнейших отдельных проводников в пазе 6 расположены в пределах плоскостей поперечного сечения стержня 69. Плоскости поперечного сечения стержня 69 образуют огибающую кривую, которая окружает отдельный проводник 70 и дальнейшие отдельные проводники. Отдельный проводник 70 и дальнейшие отдельные проводники 72 имеют прямоугольное поперечное сечение.

Фиг. 8 показывает частичный поперечный разрез по линии VIII-VIII шестого примера осуществления электрической машины 74, которая включает в себя шестой пример осуществления короткозамкнутого ротора 73 на фиг. 6. Частичный поперечный разрез по линии VIII-VIII соответствует соответствующему частичному поперечному разрезу вдоль первого листа 15 на осевом конце 7 короткозамкнутого ротора 73. Поверхность реза, которую имеет прорезь 791 с концом стержня, проходит между отдельным проводником 80 и дальнейшим отдельным проводником 82, которые проходят вдоль осевого направления 1 стержня, причем поперечное сечение отдельного проводника 80 и поперечное сечение дальнейшего отдельного проводника 82 расположены в пределах плоскостей поперечного сечения стержня 79. Отдельный проводник 80 и дальнейшие отдельные проводники в пазе 6 расположены в пределах плоскостей поперечного сечения стержня 79. Плоскости поперечного сечения стержня 79 образуют огибающую кривую, которая окружает отдельный проводник 80 и дальнейшие отдельные проводники. Отдельный проводник 80 и дальнейшие отдельные проводники имеют круглое поперечное сечение.

Фиг. 9 показывает частичный поперечный разрез по линии IX-IX седьмого примера осуществления электрической машины 84, которая включает в себя седьмой пример осуществления короткозамкнутого ротора 83 на фиг. 6. Частичный поперечный разрез по линии IX-IX соответствует соответствующему частичному поперечному разрезу вдоль первого листа 15 на осевом конце 7 короткозамкнутого ротора 83. Отдельные проводники 891 имеют круглое поперечное сечение с диаметром, который имеет значение до 1 мм.

Фиг. 10 показывает частичный поперечный разрез по линии X-X восьмого примера осуществления электрической машины 94, которая включает в себя восьмой пример осуществления короткозамкнутого ротора 93 на фиг. 6. Частичный поперечный разрез по линии X-X соответствует соответствующему частичному поперечному разрезу вдоль первого листа 15 на осевом конце 7 короткозамкнутого ротора 93. Стержень 99, который имеет отдельный проводник 151 и дальнейшие отдельные проводники 991, которые проходят вдоль осевого направления 1 стержня, имеет в прорези 140 соединительное устройство 1000. Это соединительное устройство 1000 имеет третий материал, который является алюминием.

Стержень 99 имеет дальнейшие прорези 142 на торцевой поверхности, которые походят в направлении 141, которое имеет максимальную по абсолютной величине, векторную составляющую в первом направлении 2 стержня. Стержень также имеет прорезь 402 на торцевой поверхности, проходящую в направлении 1401, которое имеет максимальную по абсолютной величине, векторную составляющую во втором направлении 300 стержня. Все прорези 140, 142 имеют поверхность 1400, 1402 реза с концом стержня. Поверхности 1400, 1402 реза проходят от одного конца до другого конца стержня 99. Поверхности 1400, 1402 реза проходят между отдельным проводником 151 и дальнейшими отдельными проводниками 991, которые проходят вдоль осевого направления стержня, причем поперечные сечения отдельного проводника 151 и дальнейших отдельных проводников расположены в пределах плоскостей поперечного сечения стержня 99. Соединительное устройство 1000 заполняет все прорези 140, 142, 402, по меньшей мере, частично. Таким образом, стержень 99 предпочтительно имеет форму, которая, как правило, используется для короткозамкнутого ротора. Соединительное устройство 1000 соединяет отдельный проводник 151 и дальнейшие отдельные проводники таким образом, что стержень 99 может предпочтительно вводиться в паз 6 в виде одного целого, а также перед введением в паз 6 может просто использоваться в процессе изготовления.

Прорези 10, 12, 20, 22, 30, 32, 40, 42 в стержнях 19, 109, 29, 39, 49 с первого по четвертый примеров осуществления были изготовлены посредством пропиливания стержней 19, 109, 29, 39, 49.

Прорези 691, 791, 892, 140, 142, 402 в стержнях 69, 79, 89, 99 с пятого по восьмой примеров осуществления были изготовлены посредством расположения отдельных проводников 70, 80, 151, 891, 991, дополнительных отдельных проводников 72, 82, 152 и дальнейших отдельных проводников, объединяя их в огибающую кривую стержней 69, 79, 89, 99.

В восьмом примере осуществления прорези 140, 142, 402 в стержне 99 были дополнительно заполнены, по меньшей мере, частично третьим материалом, который является алюминием, в расплавленном состоянии третьего материала, для того чтобы изготовлять прорези 140, 142, 402. Таким образом, стержень 99 может среди прочего предпочтительно вставляться в паз 6 в виде отдельного стержня.

Несмотря на то, что изобретение в деталях было более подробно разъяснено и описано посредством предпочтительных примеров осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты осуществления могут выводиться отсюда специалистом, не покидая объем защиты изобретения.

Изобретение относится к короткозамкнутому ротору для электрической машины, включающему в себя пакет сердечника ротора, который имеет паз (6), прилитое на осевом конце (7) пакета сердечника ротора короткозамыкающее кольцо (8), которое имеет материал (108), являющийся алюминием, стержень (9), который расположен в пазе (6) и имеет конец (14) стержня, который вдается в материал (108) и имеет, по меньшей мере, одну прорезь (10). Кроме того, изобретение относится к электрической машине (4), включающей в себя короткозамкнутый ротор (3), к стержню (9) для короткозамкнутого ротора (3) и к способу изготовления короткозамкнутого ротора (3), причем конец (14) стержня, имеющий, по меньшей мере, одну прорезь (10), располагается в пазе (6) с возможностью изгиба. Техническим результатом является создание машины с высоким коэффициентом полезного действия. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43, 63, 73, 83, 93) для электрической машины (4, 24, 34, 44, 64, 74, 84, 94), включающий в себя:

- пакет (5) сердечника ротора, который имеет паз (6),

- прилитое на осевом конце (7) пакета (5) сердечника ротора короткозамыкающее кольцо (8, 38), которое имеет материал (108), являющийся алюминием, и

- стержень (9, 29, 39, 49, 69, 79, 89, 99), который расположен в пазе (6) и имеет конец (14, 244, 344, 444) стержня,

причем конец (14, 244, 344, 444) стержня вдается в материал (108),

отличающийся тем, что вдающийся в материал (108) конец (14, 244, 344, 444) стержня имеет несколько прорезей (10, 20, 30, 40, 140, 402, 691, 791, 892).

2. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43, 63, 73, 83, 93) по п. 1, отличающийся тем, что конец (14, 244, 344, 444) стержня благодаря, по меньшей мере, одной прорези (10, 20, 30, 40, 140, 402, 691, 791, 892) имеет более сильный изгиб, чем отрезок стержня, расположенный внутри паза (6).

3. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43, 63, 73, 83, 93) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что рабочая поверхность (900, 929, 939) стержня (9, 29, 39) имеет, по меньшей мере, одну прорезь (10, 20, 30).

4. Короткозамкнутый ротор (43, 63, 73, 83, 93) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что торцевая поверхность (443) стержня (49, 69, 79, 89, 99) имеет, по меньшей мере, одну прорезь (40, 140, 402, 691, 791, 892).

5. Короткозамкнутый ротор (43, 63, 73, 83, 93) по п. 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна прорезь (40, 140, 402, 691, 791, 892) проходит по торцевой поверхности (443) в направлении (141), которое имеет максимальную по величине векторную составляющую в первом направлении (2) стержня, причем в первом направлении (2) измеряется ширина стрежня.

6. Короткозамкнутый ротор (43, 63, 73, 83, 93) по п. 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна прорезь (40, 140, 402, 691, 791, 892) проходит по торцевой поверхности (443) в направлении (1401), которое имеет максимальную по величине векторную составляющую во втором направлении (300) стержня, причем во втором направлении (300) измеряется высота стрежня.

7. Короткозамкнутый ротор (63, 73, 83, 93) по п. 4, отличающийся тем, что поверхность реза, по меньшей мере, одной прорези (140, 402, 691, 791, 892) со стержнем (69, 79, 89, 99) проходит от одного конца до другого конца стержня (69, 79, 89, 99).

8. Короткозамкнутый ротор (63, 73, 83, 93) по любому из пп. 5 или 6, отличающийся тем, что поверхность реза, по меньшей мере, одной прорези (140, 402, 691, 791, 892) со стержнем (69, 79, 89, 99) проходит от одного конца до другого конца стержня (69, 79, 89, 99).

9. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43) по любому из пп. 1, 2, 5-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна прорезь (10, 20, 30, 40) оканчивается внутри стержня (9, 29, 39, 49).

10. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43) по п. 3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна прорезь (10, 20, 30, 40) оканчивается внутри стержня (9, 29, 39, 49).

11. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43) по п. 4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна прорезь (10, 20, 30, 40) оканчивается внутри стержня (9, 29, 39, 49).

12. Короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43) по п. 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна прорезь (10, 20, 30, 40) оканчивается внутри стержня (9, 29, 39, 49).

13. Короткозамкнутый ротор (93) по любому из пп. 1, 2, 5-7, 10-12, отличающийся тем, что стержень (99) имеет около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) соединительное устройство (1000), причем стержень (99) около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) удерживается вместе при помощи соединительного устройства (1000) для более точной установки стержня (99) при изготовлении короткозамкнутого ротора (93) или электрической машины (94).

14. Короткозамкнутый ротор (93) по п. 3, отличающийся тем, что стержень (99) имеет около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) соединительное устройство (1000), причем стержень (99) около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) удерживается вместе при помощи соединительного устройства (1000) для более точной установки стержня (99) при изготовлении короткозамкнутого ротора (93) или электрической машины (94).

15. Короткозамкнутый ротор (93) по п. 4, отличающийся тем, что стержень (99) имеет около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) соединительное устройство (1000), причем стержень (99) около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) удерживается вместе при помощи соединительного устройства (1000) для более точной установки стержня (99) при изготовлении короткозамкнутого ротора (93) или электрической машины (94).

16. Короткозамкнутый ротор (93) по п. 8, отличающийся тем, что стержень (99) имеет около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) соединительное устройство (1000), причем стержень (99) около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) удерживается вместе при помощи соединительного устройства (1000) для более точной установки стержня (99) при изготовлении короткозамкнутого ротора (93) или электрической машины (94).

17. Короткозамкнутый ротор (93) по п. 9, отличающийся тем, что стержень (99) имеет около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) соединительное устройство (1000), причем стержень (99) около, по меньшей мере, одной прорези (140, 142, 402) удерживается вместе при помощи соединительного устройства (1000) для более точной установки стержня (99) при изготовлении короткозамкнутого ротора (93) или электрической машины (94).

18. Электрическая машина (4, 24, 34, 44, 64, 74, 84, 94), включающая в себя короткозамкнутый ротор (3, 23, 33, 43, 63, 73, 83, 93) по любому из пп. 1-17.

19. Способ изготовления короткозамкнутого ротора (3, 23, 33, 43, 63, 73, 83, 93) по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что конец (14, 244, 344, 444) стержня, имеющий несколько прорезей (10, 20, 30, 40, 140, 402, 691, 791, 892), располагают в пазе (6) с возможностью изгиба и приливают короткозамыкающее кольцо (8, 38), причем конец (14, 244, 344, 444) стержня посредством изгибания конца (14, 244, 344, 444) стержня может испытывать упругую или пластическую деформацию в зависимости от усилий, которые при усадке материала (108) во время отверждения расплава воздействуют на конец (14, 244, 344, 444) стержня.