PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69306797T2 10.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0656156
Titel ROTORAUFBAU FÜR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE
Anmelder ABB Industry OY, Helsinki, FI
Erfinder VARIS, Seppo, FIN-02620 Espoo, FI;
MERI, Ari, FIN-03600 Karkkila, FI
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Wuesthoff & Wuesthoff, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69306797
Vertragsstaaten AT, DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 02.07.1993
EP-Aktenzeichen 939147583
WO-Anmeldetag 02.07.1993
PCT-Aktenzeichen FI9300284
WO-Veröffentlichungsnummer 9405070
WO-Veröffentlichungsdatum 03.03.1994
EP-Offenlegungsdatum 07.06.1995
EP date of grant 18.12.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.04.1997
IPC-Hauptklasse H02K 1/22

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotoraufbaus für eine elektrische Maschine, der eine Welle und ein Rotorblechpaket aus Stanzteilen, das aus ringförmigen Platten besteht, umfaßt, bei welchem Verfahren die ringförmigen Platten auf der Welle angeordnet werden

Figur 1 in der beigefügten Zeichnung zeigt einen herkömmlichen Rotoraufbau für eine elektrische Maschine, bestehend aus einer Welle 1, einem Rotorblechpaket aus Stanz teilen 2 mit auf der Welle angeordneten im wesentlichen ringförmigen Platten 6, Druckringen 3, die angebracht sind, um die Enden des Rotorblechpakets aus Stanzteilen festzuklemmen, und im Fall einer Käfigläufermaschine Rotorstangen 4 und mit diesen verbundenen Kurzschlußringen 5. Die Rotorstangen werden in diesem Fall in Nuten angebracht, die auf dem Umfang der Platten im Rotorblechpaket aus Stanzteilen gestanzt sind. Die praktische Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß, obwohl das Rotorblechpaket aus Stanzteilen der Maschine und ihre Wicklung so homogen und symmetrisch wie möglich hergestellt werden, besonders im Fall von bipolaren Hochgeschwindigkeitsmaschinen, die durch Temperaturunterschiede verursachte Änderung des Ausgleichszustands in einer fertiggestellten Maschine Vibrationsprobleme bewirkt.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Rotoraufbau herzustellen, der verglichen mit einem herkömmlichen Rotoraufbau im Gebrauch kleinere Vibrationsprobleme hat. Dies wird mittels des im nachfolgenden Anspruch 1 beanspruchten Verfahrens erreicht.

Falls der Rotoraufbau Druckringe beinhaltet, die ange bracht werden, um die Enden des Rotorblechpakets aus Stanzteilen in der axialen Richtung zu stützen, wird den in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen weisenden Endflächen der Druckringe vorzugsweise eine Form gegeben, die der Kegelstumpfform des Rotorblechpakets aus Stanzteilen entspricht. In der Praxis kann die Kegelstumpfform der Endflächen der Druckringe entweder so erreicht werden, daß deren Endflächen vollständig wie ein Kegelstumpf sind, wobei ihr Kegelwinkel dem Kegelwinkel der Platten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen entspricht, oder die in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen weisenden Endflächen der Druckringe beinhalten alternativ einen oder mehrere im wesentlichen ringförmige Bereiche, in denen die Druckringe in Kontakt mit den Endplatten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen sind.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben.

Figur 1 zeigt den Rotoraufbau einer herkömmlichen elektrischen Maschine,

Figur 2 zeigt die gestanzte Kante einer Platte im Rotorblechpaket aus Stanzteilen des Rotoraufbaus, wobei sich die Kante an der Rotorwelle befindet,

Figur 3 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform des durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Rotorauf baus und

Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Ausführungsform eines durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Rotoraufbaus.

Ein durch ein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellter Rotoraufbau basiert auf dem Gedanken, daß die Vibrationsprobleme von herkömmlichen Rotoraufbauten des in Figur 1 gezeigten Typs nicht so sehr durch einen nicht homogenen oder asymmetrischen Rotoraufbau bewirkt werden, sondern durch die Tatsache, daß der Hauptgrund für eine Änderung des Gleichgewichts die Auswirkung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen auf die Oberfläche der Welle ist, wenn das Rotorblechpaket aus Stanzteilen mittels einer schrumpf enden Kraft auf die Welle aufgebracht worden ist. Wenn in die Platten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen Löcher für die Welle 1 gestanzt werden, haben die gestanzten Kanten ein abgeschrägtes Profil wie in Figur 2. Dieses Profil ist somit asymmetrisch und beinhaltet aus der Stanzrichtung betrachtet auf der hinteren Oberfläche der Platten einen Grat. Wegen dieses abgeschrägten Profils wird die schrumpfende Kraft, mittels der die Platten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen mit der Welle 1 verbunden werden, asymmetrisch auf die Welle gerichtet, wodurch die Platte dazu neigt, sich in Richtung der breiteren Seite zu neigen und eine im allgemeinen beinahe kegelförmige Form ähnlich einer Untertasse anzunehmen. Bei dem herkömmlichen Rotoraufbau gemäß Figur 1 werden die Platten 6 jedoch rechtwinklig zu der Welle 1 gezwungen. Als Ergebnis ist der Oberflächendruck der Platten indifferent, was verursacht durch kleine Änderungen des Belastungszustands der anderen Teile des Rotors, wobei die Änderungen zum Beispiel als Ergebnis von Temperaturunterschieden bewirkt werden, das Gleichgewicht beträchtlich verändern kann. Die Bedeutung der vorliegenden Erscheinung wird aus Tests ersichtlich, bei denen sich herausstellt, daß die Vibration von einem Wert nahe dem akzeptablen plötzlich auf einen beinahe dreimal höheren ansteigt, wenn der Motor aufgewärmt wird.

Der Grundgedanke eines gemäß der Erfindung hergestellten Rotoraufbaus ist, daß die Platten eine stabile Position hinsichtlich des Belastungszustands einnehmen können oder in diese gezwungen werden, d.h. sie nehmen im allgemeinen die Form eines Kegels oder genauer die Form eines Kegelstumpfs an. Entsprechende Lösungen sind in Figur 3 und 4 gezeigt.

Bei der Struktur gemäß Figur 3 werden die Platten 6 des Rotorblechpakets aus Stanzteilen 12 mittels Druckringen 13A und 13B allgemein in die Form eines Kegelstumpfs gezwungen. Um dies zu erreichen, werden die Druckringe 13A und 13B an ihren in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen 12 weisenden Endflächen spanabhebend bearbeitet und in eine Form gebracht, die dem erforderlichen Kegelwinkel entspricht. Der Kegelwinkel kann zwischen 20 und 50 variieren und beträgt am vorteilhaftesten etwa 30 Ein in dem Rotoraufbau gemäß Figur 3 verwendetes Rotorblechpaket aus Stanzteilen dieses Typs wird somit als erstes in einer separaten Preßmaschine zwischen seine Druckringe 13A und 13B gepreßt, so daß seine Platten im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfs annehmen. Danach wird das Rotorblechpaket aus Stanzteilen auf eine geeignete Temperatur erwärmt, damit es sich durch Wärme ausdehnt, wonach das heiße Rotorblechpaket aus Stanzteilen auf die Welle 1 in seine Endposition gebracht wird, so daß zum Beispiel einer seiner Druckringe 13A gegen einen Absatz auf der Welle gestützt wird und man läßt das Rotorblechpaket aus Stanzteilen in dieser Position abkühlen. Wenn das Rotorblechpaket aus Stanzteilen abkühlt, neigt es dazu, zu schrumpfen und wegen der schrumpfenden Kraft wird es sehr fest und zuverlässig an der Welle 1 befestigt. In der Praxis wird somit das innere Loch der Platten 6 des Rotorblechpakets aus Stanzteilen ein wenig kleiner gestanzt als der Durchmesser der Welle 1 in dem Bereich, in dem das Rotorblechpaket aus Stanzteilen angebracht wird.

Die Platten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen können bequem auf drei verschiedene Arten angeordnet werden. Nach dem ersten Verfahren werden die Platten ohne Vorheizen direkt auf der Welle angeordnet. In diesem Fall ist die Passung lose, so daß die Rotation des Rotorpakets gegenüber der Welle durch Verwendung eines Keils gesichert wird. Nach dem zweiten Verfahren werden die Platten auf eine Temperatur von etwa 100ºC erwärmt und Stück für Stück, packweise oder als ganzes Paket auf der Welle angeordnet. In diesem Fall wird normalerweise ebenfalls ein Sicherungskeil verwendet. Nach dem dritten Verfahren wird das Rotorblechpaket aus Stanzteilen auf eine Temperatur von über 200ºC erwärmt und auf der Welle angeordnet. In diesem Fall wird kein Sicherungskeil benötigt. Der kegelförmige Aufbau kann in allen oben beschriebenen Fällen verwendet werden und wird bevorzugt, er ist jedoch im dritten Fall am nützlichsten. Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung hergestellten Rotoraufbaus, wobei die Ausführungsform in den meisten Gesichtspunkten der Ausführungsform von Figur 3 entspricht, außer daß die in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen 12 weisenden Endflächen der Druckringe 23A und 23B nicht in Kegelform gebracht werden. Die erforderliche Kegelform kann dem Rotorblechpaket aus Stanzteilen und auch den Druckringen 23A und 23B jedoch gegeben werden, da deren in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen weisende Endflächen ringförmige Bereiche beinhalten, die in Kontakt mit den Endplatten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen sind. Auf diese Art und Weise wird der Druckring 23A auf dem Rotorblechpaket aus Stanzteilen 12 nur am Kantenbereich seiner Endfläche gestützt, während der Druckring 23B sowohl an der Kante an der Welle 1 als auch an seiner Außenkante, die mit einem dem erforderlichen Kegelwinkel entsprechenden Vorsprung versehen ist, auf dem Rotorblechpaket aus Stanzteilen gestützt wird. Die Einhüllende der in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen weisenden Endfläche des Druckrings 23B hat somit die Form eines Kegelstumpfs und ihr Kegelwinkel entspricht dem erforderlichen Kegelwinkel des Rotorblechpakets aus Stanzteilen 12.

Besonders wenn die Lösungen gemäß Figur 3 und 4 verwendet werden, bei denen die Platten 6 des Rotorblechpakets aus Stanzteilen 12 in die Form eines Kegelstumpfs gezwungen werden, können die Platten entweder in der Richtung, in der sie sich natürlicherweise verursacht durch das in Figur 2 gezeigte abgeschrägte Profil anordnen würden, oder in einer dazu entgegengesetzten Richtung in diese Form gezwungen werden. Die letztere Alternative kann jedoch nicht verwendet werden, wenn die Platten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen natürlicherweise die Form eines Kegelstumpfs annehmen können und das Rotorblechpaket aus Stanzteilen ohne Druckringe zusammengehalten wird, zum Beispiel mittels eines Harzes.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird die Stabilisierung der Belastungen im Rotoraufbau durch Anordnen des Rotorblechpakets aus Stanzteilen in einer kegelförmigen Anordnung erreicht. Andere bekannte Lösungen sind ebenfalls für das Stabilisieren der Belastungen im Rotorblechpaket aus Stanzteilen bekannt. Eine dieser Lösungen ist die spanabhebende Bearbeitung des inneren Lochs der Platten, wodurch der Oberflächendruck symmetrisch ist und nicht bewirkt, daß ein Druck in den Platten kegelförmig wird. In diesem Fall verbessert ein kegelförmiger Aufbau auch die Stabilität weiter, selbst wenn die spanabhebende Bearbeitung unnötig ist. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Symmetrie ist, die Platten Stück für Stück oder in regelmäßigen Gruppen so anzuordnen, daß sich ihre Grate auf gegenüberliegenden Oberflächen befinden. Dieses Verfahren erhöht die zusätzlichen im Rotor auftretenden Verluste. Beide Verfahren sind zusätzlich hinsichtlich ihrer Produktionskosten weniger vorteilhaft als das Verfahren gemäß der Erfindung.

Innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche sind Änderungen möglich.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung eines Rotoraufbaus für eine elektrische Maschine, die eine Welle (1) und ein Rotorblechpaket aus Stanzteilen (12), das aus ringförmigen Platten (6) besteht, umfaßt, bei welchem Verfahren die ringförmigen Platten (6) auf der Welle angeordnet werden, nachdem sie auf eine Temperatur von über 100ºC erwärmt worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Platten (6) des Rotorblechpakets aus Stanzteilen (12) beim Schrumpfen in eine allgemein kegelstumpfartige Form verbiegen können und/oder in diese gezwungen werden, so daß der Keqeiwinkel der Platten (6) zwischen etwa 20 und 50, vorzugsweise etwa 3º beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Rotoraufbau Druckringe (13A, 13B; 23A, 23B) umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie die Enden des Rotorblechpakets aus Stanzteilen (12) in der Wellenrichtung stützen, dadurch gekenn zeichnet, daß den in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen (12) weisenden Endflächen der Druckringe (13A, 13B; 23A, 23B) eine Form gegeben wird, die der Form eines Kegelstumpfs des Rotorblechpakets aus Stanzteilen entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Endflächen der Druckringe (13A, 13B) die Form eines Kegelstumpfs gegeben wird und der Kegeiwinkel der Endflächen dem Kegelwinkel der Platten (6) des Rotorblechpakets aus Stanzteilen (12) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung des Rotorblechpakets aus Stanzteilen (12) weisenden Endflächen der Druckringe (23A, 23B) einen oder mehrere im wesentlichen ringförmige Bereiche beinhalten, in denen die Druckringe in Kontakt mit den Endplatten des Rotorblechpakets aus Stanzteilen sind.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com