WO2005107046A1 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2005107046A1
WO2005107046A1 PCT/EP2004/003432 EP2004003432W WO2005107046A1 WO 2005107046 A1 WO2005107046 A1 WO 2005107046A1 EP 2004003432 W EP2004003432 W EP 2004003432W WO 2005107046 A1 WO2005107046 A1 WO 2005107046A1
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WO
WIPO (PCT)
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housing part
rotor
metal
winding
asynchronous machine
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/003432
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Paul Janky
Thomas Burkhardt
Peter Kremer
Sylvia Blankenhagen
Original Assignee
Ziehl-Abegg Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Ziehl-Abegg Ag filed Critical Ziehl-Abegg Ag
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Priority to DE202004020873U priority patent/DE202004020873U1/de
Priority to PCT/EP2004/003432 priority patent/WO2005107046A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0054—Casting in, on, or around objects which form part of the product rotors, stators for electrical motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F04D25/0613—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump the electric motor being of the inside-out type, i.e. the rotor is arranged radially outside a central stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0012—Manufacturing cage rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/168—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having single-cage rotors

Definitions

  • the present invention relates generally to electrical machines, for example to an external rotor asynchronous machine with a cage-shaped rotor winding, a fan with such an asynchronous machine and a method for producing a rotor of such an asynchronous machine.
  • the rotor (also called rotor or armature) of an asynchronous machine is usually made up of a laminated electrical sheet with a rotor winding in slots in the electrical sheet.
  • the rotor winding is a coherent part in the form of a cage; a corresponding rotor is therefore often called "squirrel-cage rotor".
  • Such a cage winding is typically made up of individual rods lying in the grooves of the electrical sheet stack, each of which is connected to a ring at its ends.
  • the cage windings are often made up of copper bars that are welded to the short-circuit rings.
  • the rotor winding In the case of smaller machines below 50 kW, on the other hand, it has become established to manufacture the rotor winding from die-cast aluminum, aluminum alloys, for example Al / Si alloys, being used in addition to aluminum.
  • the classic and most common type of machine is the internal rotor machine, in which the rotor with the cage winding is enclosed on the outside by the stator (also called a stator or an inductor), which is equipped with a stator winding to generate a magnetic rotating field.
  • the stator also called a stator or an inductor
  • an alternative design is also used, namely the external rotor machine.
  • the rotor encloses the internal stator.
  • a rotor supported on one or both sides in the case of external rotor machines with a rotor supported on one side, this rotor essentially has the shape of a bell.
  • One advantage of the external rotor motor for example when it is used for fans, is that the fan blades can be attached directly to the outside of the rotor.
  • the cage winding of the external rotor, a housing and the fan blades are cast in one piece from an aluminum alloy.
  • External rotor machines are now also used as drive machines for a large number of other applications.
  • Motor Challenge Program the European Motor Challenge Program is a voluntary program with which the European Commission supports industry in improving the energy efficiency of drive systems (http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int/motorchallenge/).
  • the losses of an asynchronous motor consist mainly of the following contributions: Current heat losses: currents flow in the stator winding and also in the cage winding of the rotor, which heat up the electrical conductors.
  • the invention relates to an electrical asynchronous machine, comprising: an internal stator; an external rotor with an electrical sheet stack, a rotor winding and at least one housing part.
  • the electrical sheet package has grooves.
  • the rotor winding is in the form of a cage, which is formed by rings and connecting rods which lie in the grooves of the electrical sheet stack.
  • the housing part forms a composite with the rotor winding.
  • the rotor winding and the housing part are made from two different metals, namely the rotor winding from a first metal of higher electrical conductivity and the housing part from a second metal of lower electrical conductivity.
  • the rotor is produced by first casting the cage-shaped winding from the first metal onto the electrical sheet stack and then casting the housing part from the second metal onto the ring or the rings and the electrical sheet stack.
  • the invention relates to a fan with an asynchronous machine as the drive motor, comprising: an internal stator; an external rotor with an electrical sheet stack, a rotor winding and at least one housing part.
  • the electrical sheet package has grooves.
  • the rotor winding is in the form of a cage, which is formed by rings and connecting rods which lie in the grooves of the electrical sheet stack.
  • the housing part forms a composite with the rotor winding.
  • the rotor winding and the housing part are made from two different metals, namely the rotor winding from a first metal of higher electrical conductivity and the housing part from a second metal of lower electrical conductivity.
  • the rotor is produced by first casting the cage-shaped winding from the first metal onto the electrical sheet stack and then casting the housing part from the second metal onto the ring or the rings and the electrical sheet stack. Fan blades are arranged on the housing part.
  • the invention relates to a method for manufacturing a rotor of an external rotor asynchronous machine, which comprises: casting a winding of a first metal of higher electrical conductivity onto an electrical laminated core with grooves, the rotor winding taking the form of a cage, which is connected by rings and connecting rods located in the grooves of the electrical laminated core is formed; Pour at least one housing part made of a second metal of lower electrical conductivity onto the ring or the rings and the electrical sheet stack, so that the housing part forms a composite with the rotor winding.
  • FIG. 1 is a perspective view of a partially cut-out external rotor asynchronous machine
  • Fig. 2 is a perspective view of the rotor cage part included in Fig. 1 made of the first metal
  • Fig. 3 is a sectional view of the rotor cage part of Fig. 2 with the sectional planes shown in Fig. 2
  • FIG. 4 is a sectional illustration similar to FIG. 3, in which the housing parts made of the second metal, cast onto the rotor cage part, are additionally shown
  • FIG. 5 is a sectional illustration corresponding to FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a fan with an asynchronous machine similar to FIG. 1, the fan blades being cast in one piece with the housing part from the second metal;
  • Fig. 7 is a perspective view of another embodiment of a
  • FIG. 8 shows a flow diagram to illustrate a method for producing the runners in FIGS. 1, 4-7.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a partially cut external rotor asynchronous machine.
  • the described embodiments are asynchronous machines.
  • the rotor of the asynchronous machine does not rotate at the same speed as the stator rotating field, but hurries after it (in motor operation) or in advance (in generator operation).
  • This relative movement between the stator rotating field and the rotor - also called slip - is accompanied by a flux change in the rotor winding, which induces voltages in the rotor winding (the asynchronous motor is therefore also referred to as "induction motor" in Anglo-Saxon terminology).
  • the asynchronous machine described in the embodiments can be operated as a motor or as a generator.
  • the asynchronous machine is designed for use as a fan motor, for example for an axial, radial and / or cross-flow fan, in other embodiments it is designed for use as a generator of a wind power plant.
  • drives or generators for air technology other embodiments are designed as drives for pumps and conveyors and a wide range of machines and systems.
  • the term "asynchronous machine” includes not only machines that run permanently asynchronously, but also special versions that only run asynchronously at times (eg in the start-up phase), but synchronously at other times (eg after reaching the final speed).
  • the rotor is equipped with a type of toothing for this purpose, also called reluctance function, which has the effect that it “locks” into the stator rotating field after the run-up phase and thus rotates synchronously with it.
  • the rotor is additionally equipped with permanent magnets, which also have a synchronous function and an increased power density.
  • the asynchronous machine is constructed in three strands (ie three-phase), other embodiments are built for a higher number of strands than three, or are only two-stranded.
  • single-strand designs so-called shaded-pole machines, are also possible; these are machines that have an auxiliary winding on some teeth in addition to the single strand.
  • Different embodiments are constructed with different numbers of poles; they range from two-pole to twelve-pole, and moreover to even higher-pole designs.
  • a frequency converter is used to supply the machine, which, for example with the aid of switches (typically power semiconductors), uses a DC voltage to generate the (possibly multi-phase) AC voltage of the frequency, amplitude and phase required for the operation of the machine
  • the machine is supplied from a rotary frequency converter (this is, for example, a line-driven, variable-speed motor that mechanically drives a three-phase generator (accordingly, the frequency converters mentioned, which are based on switches, are also referred to as “static frequency converters”) the machine is supplied from a three-phase network or by a transformer or a phase-cutting device.
  • the described embodiments are external-rotor machines.
  • the stator with the stator winding generating the rotating field is located on the inside and is arranged above it The rotor thus closes off the machine from the outside.
  • the rotor has the shape of a bell encompassing the stator, unless an additional outer housing is provided , the outer wall of the rotor forms a kind of rotating outer housing of the machine. This is particularly advantageous for those applications in which machine elements which are arranged at a relatively large distance from the axis of rotation are to be driven gearlessly, as is the case, for example, with fan blades of a fan.
  • Some of the embodiments therefore relate to fans in which fan blades are attached directly to the outside of the rotor.
  • both the stator winding and the rotor winding are equipped with a soft magnetic core, which serves to amplify and guide the magnetic flux.
  • the cores are made up of laminated sheets which are insulated from one another and which are arranged essentially parallel to the magnetic field lines.
  • Such layered cores are referred to as "laminated cores"; since the sheet material used is usually optimized for the electrical function to be performed (for example in the sense of a high magnetic permeability ⁇ , a small remanence, a small hysteresis), this is also referred to as an “electrical sheet package”.
  • the individual sheets are surface-insulated, for example by an insulating varnish or an oxide layer produced by annealing.
  • the stator and rotor laminated core are each made in one piece from sintered metal (electro-sintered metal), eddy currents being suppressed by the relatively high contact resistances between the individual sintered metal particles.
  • the stator and rotor laminated core are each made in one piece from steel.
  • the electrical laminated core of the rotor and stator has slots in which parts of the rotor or stator winding lie (these regions of the winding are also called “coil sides").
  • these grooves are in the form of pockets that are open to the air gap between the rotor and the stator (also called open grooves).
  • these grooves are narrowed in cross section towards the air gap-side opening; these are also called semi-closed grooves.
  • the grooves are completely closed on the air gap side, that is to say, for example, in the form of bores crossing the laminated core.
  • the coil sides are thus completely covered by the laminated core.
  • the grooves in the stator and rotor do not run exactly parallel to one another, but instead have an inclination relative to one another.
  • the stator grooves run in the axial direction, while the rotor grooves run slightly obliquely to the axial direction; in other embodiments, the reverse is the case.
  • the stator winding has ends which are connected to a current source (for example the frequency converter mentioned) for the supply of current
  • the rotor winding only serves to allow the rod and ring currents caused by induction to flow in the rotor; for this purpose it is designed as a short-circuit winding.
  • it has the shape of a cage which is formed by two rings and rods connecting them (similar to a "hamster wheel”; English name also "squirrel cage”).
  • the rods lie in the grooves of the electrical steel package and thus form the coil sides mentioned above.
  • the rings lie on one and the other end face of the laminated core and in each case electrically connect all of the ends of the grooved rods located on the relevant end face to one another.
  • the rotor is produced using a composite casting process: First, the cage-shaped winding is cast onto the rotor laminated core by casting a first metal of higher electrical conductivity. The grooves of the laminated core are poured out to produce the grooved bars, and the rings are cast onto the end faces of the laminated core in the same casting process.
  • the rotor laminated core is placed in a suitable mold; the actual casting mold is formed partly by the laminated core, partly by this molding tool.
  • the laminated core forms the casting mold in the area of the grooves, while the molding tool forms the casting mold in the region of the laminated core end faces and at the air gap-side openings of the grooves (if there are any).
  • the rotor laminated core with the rotor winding cast in this way is removed from the mold, which essentially completes the first casting process.
  • these negative angles, depressions or outlines Cuts are already formed in the step of casting the rotor winding.
  • the rings can also be cast without these negative angles, depressions or undercuts; the negative angles, indentations or undercuts mentioned are then only machined after the first casting process, for example by milling, turning and / or drilling.
  • a housing part - or in other embodiments, several housing parts - is cast onto the laminated core with the rotor winding that has already been cast. More precisely, the casting of the one or more housing parts takes place, inter alia, on the ring or the rings of the rotor winding.
  • the laminated core with the rotor winding produced in the first casting process is placed in a second suitable shape, which is poured out with the second metal.
  • the melting temperature of the first metal is higher than that of the second metal.
  • the melting temperature of the first metal is in the range of 900 ° C to 1200 ° C
  • that of the second metal is in the range of 500 ° C to 800 ° C.
  • the winding of a short-circuit rotor in the slots need not be insulated against the laminated core.
  • the grooves on the cut edges of the sheets of the laminated core form an oxide layer which insulates the cut edges and thus prevents the layered sheets from being electrically short-circuited by the slot bars. In terms of efficiency, this has a favorable effect.
  • the composite casting of the housing part and the ring or rings of the rotor winding creates a non-positive connection between the housing parts and the rotor winding, which also ensures thermal contact between the rotor winding and the housing part.
  • a metal is selected for this in some embodiments, which has a lower density and / or a higher mechanical strength than the first metal.
  • the composite casting technology described, with which a non-positive connection is established between the rotor winding and one or more housing parts, a rotor with low current heat losses in the rotor winding on the one hand and low mass or low moment of inertia and high mechanical strength on the other hand is realized.
  • the frictional connection also ensures thermal and electrical contact between the rotor winding and the housing part.
  • the composite casting technology described is therefore also advantageous from a thermal point of view, since the heat loss (which is already reduced due to the use of a metal with increased conductivity for the stator winding) is dissipated into the housing part by heat conduction. Due to the electrical connection between the rotor winding and the housing part, the currents induced in the rotor do not flow exclusively through the rings; rather, partial currents also flow through the housing part in the manner of resistors connected in parallel.
  • the housing part or parts thus form part of the rotor winding; the rotor winding can therefore also be regarded as a hybrid winding which is formed by the cage winding from the metal of higher electrical conductivity and the housing part (or the housing parts) cast onto the rings of the cage winding from the less conductive metal.
  • the rotor winding and the housing part are non-positively connected to one another solely by the housing part being cast onto the rotor winding adhering to the surface of the first metal.
  • one or more negative angles, depressions or undercuts are formed on the ring of the rotor winding for the connection between the rotor winding and the housing part.
  • a separate housing part is cast onto the respective ring of the rotor winding on each of the two end faces of the rotor.
  • a coherent housing part encompassing the electrical sheet stack is cast onto the two rings of the rotor winding on both rings.
  • the electrical sheet package encompassing the housing part is achieved by simply pouring the rings in, without the above measures, such as the provision of negative angles, recesses or undercuts, having to be taken; however, these can also be provided.
  • the first metal is
  • the second metal is aluminum, an aluminum alloy, titanium, a titanium alloy, steel or cast iron. Copper, aluminum and titanium alloys are understood here as alloys whose main constituent is copper, aluminum or titanium; "Main component" is the component that is most frequently contained in the alloy in terms of atomic numbers. As mentioned above, in most of the embodiments, the second metal has a lower density and greater mechanical strength than the first metal.
  • the housing part or — in the case of a plurality of housing parts — one or more of the housing parts has fastening elements for attachments. The fasteners are made of the second metal and are made in one piece with the housing part by casting together with it.
  • fan blades are attached to the housing part or the fastening elements.
  • these fan blades are made of plastic.
  • Plastics are organic materials, with the main component carbon and additional components such as hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, chlorine, fluorine and / or silicon, etc. The elements are combined to form large chain-like or network-like molecules, which are also called macromolecules.
  • thermoplastics or thermosets are used for the fan blades, for example thermoplastics such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyamides (PA, for example nylon, Perlon, Dralon), polycarbonates (PC ), Polycarbonates (PC), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA); or, for example, Duropiate such as polyurethanes (PUR), phenolic resins, urea and melamine resins, polyester resins, epoxy resins, silicones.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PA polyamides
  • PA for example nylon, Perlon, Dralon
  • PC polycarbonates
  • PC Polycarbonates
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • Duropiate such as polyurethanes (PUR), phenolic
  • FIG. 1 shows a perspective view of a partially cut out external rotor asynchronous machine 1 with a stator 2 and an outer rotor 3. In the view of FIG. 1, approximately a 90 ° sector is cut out; the section plane shown vertically in FIG.
  • the stator 1 lies in each case in a groove of the stator 2 and rotor 3, while the section plane shown horizontally lies between two grooves of the stator 2 and rotor 3.
  • the stator 2 is constructed from a mounting flange 4, a bearing sleeve 5 and a stator laminated core 6 with the stator winding 7. All of these parts are connected to each other and are fixed with the usual attachment of the machine 1.
  • the mounting flange 4 extends essentially in a radial plane of the machine 1; it serves, among other things, to fasten the machine 1, for example to a holder. For this purpose, it is equipped, for example, with mounting holes 8; it also has a passage 9 for a connection cable for the supply (for example to the network or a frequency converter).
  • the bearing sleeve 5 is non-rotatably connected to the mounting flange 4 and extends in the axial direction of the electrical machine 1. It has two gradations 10 on the inside, each of which serves as a stop for a bearing 11.
  • the stator laminated core 6 is attached to the outside of the bearing sleeve 5. It is constructed from individual sheet metal elements 12 which are insulated from one another and which each lie in radial planes and are layered in the axial direction. Overall, the stator laminated core 6 thus has the shape of a hollow cylinder. On its outer circumference, the stator laminated core 6 has a series of uniformly spaced grooves 13, which extend in the radial and axial directions.
  • the stator winding 7 runs through the slots 13, the corresponding winding sections forming the so-called coil sides 14.
  • the stator winding 7 has connections of these coil sides 14, which are guided on the outside on both end faces of the stator laminated core 6, and form so-called connecting heads 15 (also called “winding heads”).
  • the vertical section plane in FIG. 1 shows a section through the coil sides 14 lying in a groove 13 and a section through the connection heads 15, whereas the section plane shown horizontally only shows the cut stator laminated core 6 with the connecting heads 15 running at the end.
  • the grooves 13 are open to the outside.
  • the outside of the stator laminated core 6 forms the inner boundary of the air gap 16 to the rotor 3.
  • the rotor 3 is constructed from an axis 17, a bell-like first housing part 18, a laminated rotor core 19 with a cage winding 20 and a second housing part 21 with a fastening flange 22. All of these parts are connected to one another and can be rotated together relative to the stator 2.
  • the axis 17 is mounted with the two bearings 11 in the bearing sleeve 5. At the end of the axle 17 facing away from the mounting flange 4, the axle 17 has an axle stub 23 which carries the first housing part 18.
  • the first housing part 18 is connected to the rotor laminated core 19 together with the cage winding 20, specifically on the end face of the rotor laminated core 19 facing away from the mounting flange 4.
  • the second housing part 21 is connected to the rotor lamination stack 19 and the cage winding 20 on the other end face of the rotor lamination stack 19 (that is to say the end face facing the mounting flange 4).
  • the mounting flange 22 is provided with mounting holes 24, which are used, for example, to fasten fan blades made of metal or plastic.
  • the edge of the second housing part 21 facing the mounting flange 4 forms part of a labyrinth seal 25.
  • the mounting flange 4 forms a receiving pot 26 which is formed on its edge complementary to the edge of the second housing part 21 and thus forms the second part of the labyrinth seal 25.
  • the rotor laminated core 19 is constructed from individual laminated elements 27 which are insulated from one another and which lie in radial planes and are layered in the axial direction. Overall, it has a hollow cylindrical shape.
  • the rotor laminated core 19 has grooves 28 which are open towards the inside, towards the air gap 16 and which run essentially in the axial direction, but are not arranged strictly axially, but slightly obliquely to the axial direction, in order to avoid latching.
  • the cage winding 20 is formed by slot rods 29 lying in the slots 24 and a connecting ring 30, 31 each on the two end faces of the rotor laminated core 19.
  • the connecting rings 30, 31 each connect all ends of the slot bars 29 lying on one end face to one another.
  • the vertical sectional plane in FIG. 1 shows a section through a slot bar 29 together with the two connecting rings 30, 31 located on the end face, whereas the horizontal sectional plane lies between two slots 28 , ie shows only a section of the laminated rotor core 19 and the two connecting rings 30, 31.
  • the magnetic rotary field caused by the currents of the stator winding 7 induces voltages in the cage winding 20, which lead to currents in the slot bars 29 and the connecting rings 30, 31.
  • the currents in the slot rods 29 couple to the magnetic rotating field in terms of torque.
  • the connecting rings 30, 31 have a substantially frustoconical cross-sectional shape.
  • the housing parts 18, 21 encompass the conical flanks of the slot rods 29 on both sides, that is to say inside and outside.
  • a positive connection between the housing parts 18, 21 and the connecting rings 30, 31 is achieved essentially solely by surface adhesion (this is shown in FIG. 1 by way of example on the ring 31 directed towards the mounting flange 4).
  • the connecting rings are additionally provided with undercuts 32 into which the housing parts 18, 21 engage (this is shown in FIG. 1 with the connecting ring 30 facing away from the mounting flange 4).
  • the housing parts 18, 21 do not need on the area of the end faces of the
  • Rotor laminated core 19 to be limited; rather, they can also completely or partially enclose the back 33 of the rotor laminated core 19.
  • the fastening flange 22 partially surrounds the back 33.
  • the remaining part of the back 33 is not covered by a housing part in this embodiment; the rotor core 19 thus has a supporting function in this embodiment.
  • a single continuous housing part is provided which completely covers the back 33 and is connected to the connecting rings 30, 31 on both end faces of the rotor laminated core 19; in these embodiments, the rotor laminated core 19 need not have a supporting function.
  • the cage winding 20 is first made of a first metal of higher conductivity, for example copper or copper alloy, in or on the rotor. cast sheet core package 19.
  • the grooved rods 29 are formed by pouring out the grooves 28 of the rotor core 19; the connecting rings 30, 31 are cast in one piece with the slot rods 29 in the same casting step.
  • the housing parts 18, 21 made of a second metal of lower conductivity, for example aluminum or aluminum alloy are cast onto the rotor laminated core 19 with the already cast cage winding 20 in the region of the connecting rings 30, 31.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cage winding 20 contained in FIG. 1 cast from the first metal, without the remaining parts shown in FIG. 1.
  • the winding 20 has the shape of a cylindrical cage, in which the grooved rods 29 lie on the cylinder jacket, and the connecting rings 30, 31 form the outer edges of the cylinder cover surfaces, in FIG. 2 these are also shown with "A1" and "A2" section planes of Fig. 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of the cage winding 20 contained in FIG. 1 cast from the first metal, without the remaining parts shown in FIG. 1.
  • the winding 20 has the shape of a cylindrical cage, in which the grooved rods 29 lie on the cylinder jacket, and the connecting rings 30, 31 form the outer edges of the cylinder cover surfaces, in FIG. 2 these are also shown with "A1" and "A2" section planes of Fig. 1.
  • FIG. 1 the grooved rods 29 lie on the cylinder jacket, and the connecting rings 30, 31 form the outer edges of the cylinder cover surfaces
  • FIG. 3 shows the cage winding 20 from FIG. 2, now as a sectional illustration with sectional planes A1 and A2 shown in FIG. 2.
  • An undercut 32 is also shown in FIG. 3, as in FIG. 1, on one of the two connecting rings.
  • FIG. 4 shows a sectional illustration of the cage winding 20 similar to FIG. 3, but additionally showing the housing parts 18 and 21 made of the second metal and cast onto the connecting rings 30, 31.
  • the housing parts 18, 21 essentially correspond to those of Fig. 1; however, in the embodiment of FIG. 4, the housing parts 18 and 21 each encompass part of the rotor laminated core (which is not shown in FIG. 4 for the sake of clarity).
  • FIG. 5 shows another embodiment in a view similar to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a fan 35 which is equipped with an asynchronous external rotor machine 1 as the drive motor.
  • the machine 1 essentially corresponds to the machine shown in FIG. 1, specifically in the construction illustrated in FIG. 5 with a coherent housing part 18/21 completely covering the back of the rotor lamination stack, similar to FIG. 5.
  • the fan 34 has fan blades 35 , which are made in one piece with the housing part 18/21 from the second metal; namely, the fan blades 35 are cast together with the housing part 18/21 on the rotor core with the already cast cage winding.
  • the mounting flange 22 shown in FIGS. 1 and 5 is therefore omitted in this embodiment.
  • 6 shows an installation box 36 located in front of the mounting flange 4.
  • the embodiment shown in FIG. 6 is an axial fan; other embodiments are, for example, radial fans with appropriately shaped fan blades.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of an axial fan similar to FIG. 6, in which, however, the fan blades 35 are attached to the housing part 18/21 as separate parts, for example with a screw or rivet connection.
  • FIG. 8 shows a flow diagram to illustrate the method for producing the runners shown in FIGS. 1, 3-7.
  • step S1 the rotor laminated core is placed in a first mold that corresponds to the outer contour of the cage winding.
  • step S2 the grooves of the rotor laminated core and the first mold with the first metal of higher electrical conductivity are poured out at a higher temperature (for example in the range from 900 ° C. to 1200 ° C.).
  • the cage winding cast in or on the rotor laminated core is thus produced.
  • these negative angles, depressions or undercuts can already be formed in steps S1 and S2, for example when using a suitable openable mold become.
  • the negative angles, indentations or undercuts mentioned are incorporated by machining after step S2, for example by milling, turning and / or drilling.
  • step S3 can follow immediately after the first metal has solidified (and the rings may have been machined), but can also be carried out independently after a longer time interval and in another foundry.
  • the laminated rotor core with the cast cage winding is inserted into a second shape that corresponds to the outer contour of the rotor housing, possibly with fan blades.
  • the second mold is poured out with the second metal of lower electrical conductivity at a lower temperature (for example in the range from 500 ° C. to 800 ° C.).
  • the cage winding and the housing part or parts are thus produced from the two differently conductive metals in a composite casting.
  • the described embodiments thus provide external rotor asynchronous machines which are advantageous in terms of efficiency with regard to the worldwide energy saving efforts and can be produced with relatively little effort.

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Abstract

Ein elektrische Maschine (1) hat einen innenliegenden Stator (2) und einen außen­ liegenden Rotor mit einem Elektroblechpaket (19), einer Rotorwicklung (20) und einem oder mehreren Gehäuseteilen (18, 21). Das Elektroblechpaket (19) weist Nuten (28) auf. Die Rotorwicklung (20) hat die Form eines Käfigs, der durch Ringe (30, 31) und diese verbindende, in den Nuten (28) des Elektroblechpakets (19) liegende Stäbe (29) gebildet ist. Das oder die Gehäuseteile (18, 21) sind an den Ringen (30, 31) angeord­ net. Die Rotorwicklung (20) und das oder die Gehäuseteile (18, 21) sind aus zwei ver­ schiedenen Metallen hergestellt, wobei die Rotorwicklung (20) und das oder die Gehäu­ seteile (18, 21) aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt sind, und zwar die Rotor­ wicklung (20) aus einem Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das oder die Ge­ häuseteile (18, 21) aus einem Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Der Rotor (3) ist dadurch hergestellt, dass zunächst die käfigförmige Wicklung aus dem Metall höhe­ rer elektrischer Leitfähigkeit an das Elektroblechpaket (19) gegossen wird und dass dann das oder die Gehäuseteile (18, 21) aus dem Metall geringerer elektrischer Leitfä­ higkeit an den Ring (30, 31) oder die Ringe (30, 31) und das Elektroblechpaket (19) gegossen werden.

Description

ELEKTRISCHE MASCHINE
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen, und beispielsweise auf eine Außenläufer-Asynchronmaschine mit käfigförmiger Rotorwicklung, einen Lüfter mit einer solchen Asynchronmaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer solchen Asynchronmaschine. HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Asynchronmaschinen sind in verschiedenen Varianten seit Jahrzehnten bekannt und sind inzwischen aufgrund der Fortschritte in der Leistungselektronik, welche die Herstellung relativ kostengünstiger und kompakter Frequenzumrichter zur Maschinenan- Steuerung ermöglichen, die am meisten verbreitete Maschinenart in der elektrischen Antriebstechnik geworden. Der Rotor (genannt auch Läufer oder Anker) einer Asynchronmaschine ist üblicherweise aus zu einem Paket geschichteter Elektroblech mit einer Rotorwicklung in Nuten des Elektroblechs aufgebaut. Die Rotorwicklung ist bei vielen bekannten Konstruktionen ein zusammenhängendes Teil in Form eines Käfigs; ein entsprechender Rotor wird daher oft "Käfigläufer" genannt. Eine solche Käfigwicklung ist typischerweise aus einzelnen, in den Nuten des Elektroblechpakets liegenden Stäben aufgebaut, die an ihren Enden jeweils mit einem Ring verbunden sind. Bei größeren Maschinen, typischerweise mit einer Dauerleistung über 50 kW, sind die Käfigwicklungen häufig aus Kupferstäben aufgebaut, die mit den Kurzschlußringen verschweißt sind. Bei kleineren Maschinen unter 50 kW hat es sich hingegen durchgesetzt, die Rotorwicklung aus Aluminium-Druckguß zu fertigen, wobei neben Aluminium auch Aluminiumlegierungen, z.B. Al/Si-Legierungen zur Anwendung kommen. Die klassische und auch am meisten verbreitete Maschinenbauart ist die Innen- läufermaschine, bei welcher der Rotor mit der Käfigwicklung außen vom Stator (genannt auch Ständer oder Induktor) umschlossen ist, welcher mit einer Statorwicklung zu Erzeugung eines magnetischen Drehfelds ausgerüstet ist. Für spezielle Anwendungen, beispielsweise in der Lufttechnik, kommt hingegen auch eine alternative Bauart, nämlich die Außenläufermaschine zur Anwendung. Bei dieser umschließt der Rotor den innenliegenden Stator. Es gibt Bauformen mit einseitig oder beidseitig abgestütztem Rotor; bei Außenläufermaschinen mit einseitig abge- stütztem Rotor hat dieser im wesentlichen die Form einer Glocke. Ein Vorteil des Außenläufermotors liegt z.B. bei der Verwendung für Ventilatoren darin, dass die Ventilatorflügel direkt außen an dem Rotor befestigt sein können. Bei einem von der Ziehl- Abegg AG vertriebenen Ventilator mit Außenläuferantrieb sind die Käfigwicklung des Außenläufers, ein Gehäuse sowie die Ventilatorflügel einstückig aus einer Aluminium- Legierung gegossen. Außenläufermaschinen finden inzwischen auch Einsatz als A triebsmaschinen für eine Vielzahl weiterer Anwendungen. Dies dürfte unter anderem dadurch begründet sein, dass bei der Außenläufermaschine der Luftspalt weiter außen liegt als bei einer Innenläufermaschine mit vergleichbaren Abmessungen, und dass somit die Drehmoment erzeugenden Kräfte weiter außen am Rotor angreifen. Da das Drehmoment mit zunehmendem Hebelarm zunimmt, erbringt somit ein Außenläufermotor ein größeres Drehmoment als ein vergleichbarer Innenläufermotor. Bereits vor einigen Jahren wurde erkannt, dass elektrischen Antriebsprozessen ein beträchtlicher Teil des gesamten Stromverbrauchs zuzurechnen ist, und dass durch Wirkungsgradverbesserung elektrischer Antriebe signifikante Energieeinsparungen möglich würden; beispielsweise rechnet man elektrischen Antrieben rund zwei Drittel des industriellen Stromverbrauchs zu. Seit ungefähr Mitte der neunziger Jahre gibt es in den USA, Europa, sowie weiteren Ländern, Gesetze, Richtlinien und Aktionen zur Einführung und Entwicklung von Energiesparmotoren, also Motoren mit relativ hohem Wirkungsgrad. Hierzu sind beispielsweise zu nennen: - EPAct - Energy Policy and Conservation Act - USA 1992; dieses Gesetz in den USA schreibt für Standardmotoren Mindestwirkungsgrade in Abhängigkeit von der Leistung und Polzahl vor. Das Gesetz definiert Wirkungsgradklassen, z.B. "High Effi- ciency" und "Premium Efficiency" (siehe z.B. http://www.eere.energy.gOv/EE//industry_motors.html. - CEMEP - Die Europäische Union und CEMEP (European Committee of
Manufacturers of Electrical Maschines and Power Electronics) haben im Rahmen einer freiwilligen Selbstverpflichtung der Motorenhersteller zur Reduzierung des Verkaufs von Motoren mit derzeit üblichem (relativ geringem) Wirkungsgrad ein Kennzeichnungskonzept erarbeitet. Demnach sollen zukünftig Drehstrommotoren einer bestimmten Leistungsklasse (1 kW - 100 kW) entsprechend ihrem Wirkungsgrad klassifiziert und ausgezeichnetwerden. Und zwar wird zwischen den Klassen EFF3, EFF2 und EFF1 unter- schieden. EFF3-Motoren entsprechend den derzeit marktüblichen Wirkungsgraden; EFF2 bezeichnet im Wirkungsgrad verbesserte Motoren; und EFF1 bezeichnet hocheffiziente Motoren (http://www.cemep.org/cemep/organization/lvac/English.pdf). Kyoto - gemäß dem Klima-Protokoll von Kyoto vereinbarten die EU- Umweltminister am 29. Juni 2003 in Brüssel, die CO2-Emissionen zu mindern. Eine der Zielsetzungen ist sparsamer Umgang mit Energie, auch durch Verbesserung der Energieeffizienz von Maschinen. Motor Challenge Program - das Europäische Motor-Challenge-Programm ist ein freiwilliges Programm, mit dem die Europäische Kommission die Industrie bei der Verbesserung der Energieeffizienz von Antriebssystemen unterstützt (http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int/motorchallenge/). Weltweit gibt es weitere Richtlinien und gesetzliche Bestimmungen zur Erhöhung der Effizienz von Elektromotoren, so z.B. in Kanada, Brasilien, Australien und Japan. Die Verluste eines Asynchronmotors setzen sich hauptsächlich aus folgenden Beiträgen zusammen: Stromwärmeverluste: In der Statorwicklung und auch der Käfigwicklung des Rotors fließen Ströme, die die elektrischen Leiter aufheizen. Eisenverluste: Das Statorblechpaket wird durch ständiges Ummagnetisieren und durch Wirbelströme erwärmt (im Rotorblechpaket ist diese Erwärmung geringer, da im Rotorblechpaket aufgrund der relativ geringen Abweichung der Rotorgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit des Drehfelds eine nur langsame Ummagnetisierung erfolgt). Reibungsverluste: Der Bewegungswiderstand der Motorlager, Wellendich- tringe sowie der Luftwiderstand des drehenden Rotors führen zu reibungsbedingter Er- wärmung. In der Firmendruckschrift "DriveWorld, Technikmagazin der SEW-EURODRIVE- Gruppe", deutsche Ausgabe 1/2003, Seiten 10 und 37 sind als "Energiesparmotoren" bezeichnete Innenläufer-Asynchronmotoren gezeigt, bei denen zur Senkung des Strom- wärmeverlusts die Käfigwicklung des Rotors durch Kupfer-Druckguß (statt wie bisher, durch Aluminium-Druckguß) hergestellt ist. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine elektrische Asynchronmaschine, umfassend: einen h- nenliegenden Stator; einen außenliegenden Rotor mit einem Elektroblechpaket, einer Rotorwicklung und wenigstens einem Gehäuseteil. Das Elektroblechpaket weist Nuten auf. Die Rotorwicklung hat die Form eines Käfigs, der durch Ringe und diese verbindende, in den Nuten des Elektroblechpakets liegende Stäbe gebildet ist. Das Gehäuseteil bildet einen Verbund mit der Rotorwicklung. Die Rotorwicklung und das Gehäuseteil sind aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt, und zwar die Rotorwicklung aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Der Rotor ist dadurch hergestellt, dass zunächst die käfigförmige Wicklung aus dem ersten Metall an das Elektroblechpaket gegossen wird und dass dann das Gehäuseteil aus dem zweiten Metall an den Ring oder die Ringe und das Elektroblechpaket gegossen wird. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Lüfter mit einer Asyn- chronmaschine als Antriebsmotor, umfassend: einen innenliegenden Stator; einen außenliegenden Rotor mit einem Elektroblechpaket, einer Rotorwicklung und wenigstens einem Gehäuseteil. Das Elektroblechpaket weist Nuten auf. Die Rotorwicklung hat die Form eines Käfigs, der durch Ringe und diese verbindende, in den Nuten des Elektroblechpakets liegende Stäbe gebildet ist. Das Gehäuseteil bildet einen Verbund mit der Rotorwicklung. Die Rotorwicklung und das Gehäuseteil sind aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt, und zwar die Rotorwicklung aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Der Rotor ist dadurch hergestellt, dass zunächst die käfigförmige Wicklung aus dem ersten Metall an das Elektroblechpaket gegossen wird und dass dann das Gehäuseteil aus dem zweiten Metall an den Ring oder die Ringe und das Elektroblechpaket gegossen wird. An dem Gehäuseteil sind Lüfterflügel angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer Außenläufer-Asynchronmaschine, welches folgendes umfaßt: Gießen einer Wicklung aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit an ein Elektroblechpaket mit Nuten, wobei die Rotorwicklung die Form eines Käfigs erhält, der durch Ringe und diese verbindende, in den Nuten des Elektroblechpakets liegende Stäbe gebildet ist; Angießen wenigstens eines Gehäuseteils aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit an den Ring oder die Ringe und das Elektroblechpaket, so dass das Gehäuseteil einen Verbund mit der Rotorwicklung bildet. Weitere Merkmale sind in den offenbarten Verfahren und Erzeugnissen implizit enthalten oder werden für den Fachmann aufgrund der folgenden detaillierten Beschrei- bung von Ausführungsformen und der angefügten Zeichnung ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die angefügte Zeichnung beschrieben, in der: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Außenläufer-Asynchronmaschine ist; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 enthaltenen, aus dem ersten Metall gefertigten Läuferkäfigteils ist; Fig. 3 eine Schnitt-Darstellung des Läuferkäfigteils von Fig. 2 mit den in Fig. 2 gezeigten Schnittebenen ist; Fig. 4 eine Schnitt-Darstellung ähnlich Fig. 3 ist, bei der zusätzlich die an das Läuferkäfigteil angegossenen Gehäuseteile aus dem zweiten Metall dargestellt sind; Fig. 5 eine Schnitt-Darstellung entsprechend Fig. 4 ist, jedoch einer anderen Ausführungsform mit einem das Rotorblechpaket vollständig umgreifenden Gehäuseteil aus dem zweiten Metall; Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Lüfters mit einer Asynchronmaschine ähnlich Fig. 1 ist, wobei die Lüfterflügel einstückig mit dem Gehäuseteil aus dem zweiten Metall gegossen sind; Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines
Lüfters zeigt, welcher angesetzte Flügel aufweist; Fig. 8 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 1 , 4 -7 Läufer darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Außenläufer-Asynchronmaschine. Vor einer detaillierten Beschreibung der Fig. 1 folgen jedoch zunächst verschiedene Erläuterungen zu den Ausführungsformen. Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um Asynchronmaschi- nen. Im Gegensatz zur Synchronmaschine dreht bei der Asynchronmaschine der Rotor nicht mit der gleichen Drehzahl wie das Stator-Drehfeld, sondern eilt diesem nach (bei Motorbetrieb) oder vor (bei Generatorbetrieb). Mit dieser Relativbewegung zwischen Stator-Drehfeld und Rotor - auch Schlupf genannt - geht eine Flussänderung in der Rotorwicklung einher, welche Spannungen in der Läuferwicklung induziert (der Asynchron- motor wird daher in der angelsächsischen Terminologie auch als "Induction Motor" bezeichnet). Die hierdurch in der Rotorwickiung hervorgerufenen Ströme koppeln über die Lorentzkraft an das magnetische Stator-Drehfeld, wodurch der Rotor ein antreibendes oder bremsendes Drehmoment erfährt. Je nach Art der Ansteuerung mit Hilfe eines Frequenzumrichters kann die in den Ausführungsformen beschriebene Asynchronma- schine als Motor oder als Generator betrieben werden. Bei einigen der Ausführungsformen ist die Asynchronmaschine für den Einsatz als Lüftermotor z.B. für einen Axial-, Radial- und/oder Querstrom-Lüfter, bei anderen Ausführungsformen ist sie für den Einsatz als Generator einer Windkraftanlage ausgebildet. Neben solchen Antrieben bzw. Generatoren für die Lufttechnik sind andere Ausführungsformen als Antriebe für Pumpen und Förderer sowie einen breiten Bereich von Maschinen und Anlagen ausgebildet. Der Begriff "Asynchronmaschine" umfasst im vorliegenden Kontext nicht nur Maschinen die permanent asynchron laufen, sondern auch Speziaiausführungen, die nur zeitweise (z.B. in der Hochlaufphase) asynchron, zu anderen Zeiten (z.B. nach Erreichen der Enddrehzahl) hingegen synchron laufen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Ro- tor hierfür mit einer Art Zähnung ausgerüstet, genannt auch Reluktanzfunktion, die bewirkt, dass er nach der Hochlaufphase gewissermaßen in das Stator-Drehfeld "einrastet" und somit synchron mit diesem dreht. Bei einigen Ausführungsformen ist der Rotor hierfür zusätzlich mit Dauermagneten ausgerüstet, die ebenfalls Synchronfunktion und auch eine erhöhte Leistungsdichte bewirken. Bei den häufigsten Ausführungsformen ist die Asynchronmaschine dreisträngig (d.h. dreiphasig) aufgebaut, andere Ausführungsformen sind für höhere Strangzahlen als drei gebaut, oder sind nur zweisträngig. Schließlich sind auch einsträngige Ausführungen, sog. Spaltpol-Maschinen möglich; dies sind Maschinen, die neben dem einzigen Strang eine Hilfswicklung auf einigen Zähnen haben. Verschiedene Ausführungsformen sind mit unterschiedlichen Polzahlen aufgebaut; sie reichen von zweipoligen bis zu zwölfpoligen, und darüber hinaus auch bis zu noch höherpoligen Bauarten. Bei den meisten der Ausführungsformen dient zur Speisung der Maschine ein Frequenzumrichter, der z.B. mit Hilfe von Schaltern (typischerweise Leistungshalbleitern) aus einer Gleichspannung die für den Betrieb der Maschine erforderliche (ggf. mehrphasige) Wechselspannung der jeweils benötigten Frequenz, Amplitude und Pha- se erzeugt. Bei anderen Ausführungsformen erfolgt die Speisung der Maschine aus einem rotatorischen Frequenzumrichter (dies ist z.B. ein netzgetriebener drehzahlvariabler Motor, der mechanisch einen Drehstromgenerator antreibt (entsprechend bezeichnet man die genannten, auf Schaltern beruhenden Frequenzumrichter auch als "statische Frequenzumrichter"). Bei noch anderen Ausführungsformen erfolgt die Speisung der Maschine aus einem Drehstromnetz oder durch einen Transformator oder ein Phasen- anschnittgerät. Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um Außenläufermaschinen. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, liegt bei dieser Bauart der Stator mit der drehfelderzeugenden Statorwicklung innen; er ist vom darüber angeordneten Rotor um- schlössen. Der Rotor schließt die Maschine also nach außen ab. Bei der in den Ausführungsformen gezeigten einseitigen Abstützung hat der Rotor die Form einer den Stator umgreifenden Glocke. Sofern kein zusätzliches Außengehäuse vorgesehen ist, bildet somit die Außenwand des Rotors eine Art rotierendes Außengehäuse der Maschine. Dies ist insbesondere für solche Anwendung vorteilhaft, bei denen in relativ großem Abstand zur Drehachse angeordnete Maschinenelemente getriebelos anzutreiben sind, wie dies beispielsweise bei Ventilatorflügeln eines Lüfters der Fall ist. Einige der Ausführungsformen betreffen daher Lüfter, bei denen direkt außen am Rotor Lüfterflügel an- geordnet sind. Aber auch für viele andere Anwendungen sind Außenläufermaschinen wegen ihres eingangs erläuterten, relativ hohen Drehmoments vorteilhaft; andere Ausführungsformen betreffen daher als Windkraft-Generator ausgebildete Außenläufermaschinen; hoch weitere Ausführungsformen betreffen Außenläufermaschinen als allge- mein industrielle Antriebsmaschinen, z.B. für Pumpenantriebe, Werkzeugmaschinen, etc. Bei den Ausführungsformen sind sowohl die Statorwicklung als auch die Rotorwicklung mit einem weichmagnetischen Kern ausgerüstet, welcher der Verstärkung und Führung des magnetischen Flusses dient. Um die bei der Ummagnetisierung in den Kernen induzierten Ringströme gering zu halten, sind die Kern aus aufeinanderge- schichteten, gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut, die im wesentlichen parallel zu den magnetischen Feldlinien angeordnet sind. Solche geschichteten Kerne werden als "Blechpakete" bezeichnet; da das verwendete Blechmaterial üblicherweise für zu erfüllende elektrischen Funktion optimiert ist (etwa im Sinne einer hohen magnetischen Permeabilität μ, einer kleinen Remanenz, einer kleinen Hysterese) spricht man auch von "Elektroblechpaket". Die einzelnen Bleche sind oberflächenisoliert, beispielsweise durch einen Isolierlack oder eine durch Glühverfahren hergestellte Oxidschicht. Bei anderen Ausführungsformen sind das Stator- und Rotorblechpaket jeweils einstückig aus Sintermetall (Elektro-Sintermetall) hergestellt, wobei durch die relativ hohen Über- gangswiderstände zwischen den einzelnen gesinterten Metallteilchen Wirbelströme unterdrückt werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen sind das Stator- und Rotorblechpaket jeweils einstückig aus Stahl hergestellt. Bei den Ausführungsformen weist das Elektroblechpaket von Rotor und Stator Nuten auf, in denen Teile der Rotor- bzw. Statorwicklung liegen (diese Bereiche der Wicklung werden auch "Spulenseiten" genannt). Bei einigen der Ausführungsformen haben diese Nuten die Form von Taschen, die zum Luftspalt zwischen Rotor und Stator hin offen sind (genannt auch offene Nuten). Bei manchen dieser Ausführungsformen sind diese Nuten im Querschnitt zur luftspaltseitigen Öffnung hin verengt; diese werden auch halbgeschlossene Nuten genannt. Es gibt jedoch aus Ausführungsformen, bei denen die Nuten luftspaltseitig völlig geschlossen sind, also z.B. die Form von das Blechpaket durchquerenden Bohrungen haben. Bei diesen Ausführungsformen sind die Spulenseiten somit vom Blechpaket vollständig überdeckt. Zur Vermeidung von störenden Oberwellen und Nutrastung (auch "Cogging" genannt) verlaufen bei einigen Ausführungsformen die Nuten in Stator und Rotor nicht genau parallel zueinander, sondern weisen eine Schrägung relativ zueinander auf. Bei manchen dieser Ausführungsformen verlaufen die Statornuten in Axialrichtung, die Ro- tornuten hingegen leicht schräg zur Axialrichtung; bei anderen Ausführungsformen ist dies umgekehrt. Während die Statorwicklung Enden aufweist, die zur Stromzufuhr mit einer Stromquelle (z.B. dem genannten Frequenzumrichter) verbunden sind, dient die Rotorwicklung nur dazu, das Fließen der im Rotor durch Induktion hervorgerufenen Stab- und Ring- ströme zu ermöglichen; hierzu ist sie als Kurzschlusswicklung ausgebildet. Bei den Ausführungsformen hat sie die Form eines Käfigs, der durch zwei Ringe und diese verbindende Stäbe gebildet ist (ähnlich einem "Hamsterrad"; englische Bezeichnung auch "squirrel cage"). Die Stäbe liegen in den Nuten des Elektroblechpakets und bilden somit die o.g. Spulenseiten. Die Ringe liegen an der einen und anderen Stirnseite des Blechpakets und verbinden jeweils sämtliche an der betreffenden Stirnseite liegenden Nutstab-Enden elektrisch miteinander. Bei den Ausführungsformen wird der Rotor mit einem Verbundguss-Verfahren hergestellt: Zunächst wird die käfigförmige Wicklung durch Gießen eines ersten Metalls höherer elektrischer Leitfähigkeit an das Rotorblechpaket gegossen. Dabei werden die Nuten des Blechpakets zur Herstellung der Nutstäbe ausgegossen, und im gleichen Giessvorgang werden die Ringe an die Stirnseiten des Blechpakets angegossen. Zu diesem Zweck wird das Rotorblechpaket in ein geeignetes Formwerkzeug eingelegt; die eigentlichen Gießform wird teils durch das Blechpaket, teils durch dieses Formwerkzeug gebildet. Und zwar bildet das Blechpaket im Bereich der Nuten die Gießform, während das Formwerkzeug im Bereich der Blechpaket-Stirnseiten und an den luftspaltseitigen Öffnungen der Nuten (soweit solche vorhanden sind) die Gießform bildet. Nach dem Erstarren des ersten Gussmetalls wird das Rotorblechpaket mit der so gegossenen Rotorwicklung aus dem Formwerkzeug genommen, womit der erste Gießvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist. Bei Ausführungsformen, bei denen die Ringe zur Verbesserung des Verbunds mit den Gehäuseteilen mit negativen Winkeln, Vertiefungen oder Hinterschneidungen an den Ringen auszubilden sind, können diese negativen Winkel, Vertiefungen oder Hin- terschneidungen z.B. bei Verwendung einer geeigneten öffnungsfähigen Gießform bereits bei dem Arbeitsgang des Gießens der Läuferwicklung geformt werden. Da derartige Formen aber relativ aufwendig sind, können die Ringe auch ohne diese negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen gegossen werden; die genannten nega- tiven Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen werden dann erst nach dem ersten Gießvorgang durch spanende Bearbeitung eingearbeitet, beispielsweise durch Fräsen, Drehen und/oder Bohren. In einem zweiten Giessvorgang wird nun ein Gehäuseteil - oder bei anderen Ausführungsformen, mehrere Gehäuseteile - an das Blechpaket mit der bereits gegossenen Rotorwicklung angegossen. Genauer erfolgt das Angießen des einen oder der mehreren Gehäuseteils unter anderem an den Ring oder die Ringe der Rotorwicklung. Zu diesem Zweck wird das Blechpaket mit der im ersten Giessvorgang hergestellten Rotorwicklung in eine zweite geeignete Form gelegt, die mit dem zweiten Metall ausgegossen wird. Bei diesem Verbundgussverfahren liegt die Schmelztemperatur des ersten Metalls höher als die des zweiten Metalls. Beispielsweise liegt die Schmelztemperatur des ersten Metalls im Bereich von 900 °C bis 1200 °C, und die des zweiten Metalls im Bereich von 500 °C bis 800°C. Grundsätzlich braucht die Wicklung eines Kurzschlußläufers in den Nuten nicht ge- gen das Blechpaket isoliert zu sein. Bei einigen der Ausführungsformen bildet sich jedoch durch die relativ hohe Schmelztemperatur des ersten Metalls den Nuten an den Schnittkanten der Bleche des Blechpakets eine Oxidschicht, welche die Schnittkanten isoliert und somit verhindert, dass die geschichteten Bleche durch die Nutstäbe elektrisch kurzgeschlossen werden. Dies wirkt sich wirkungsgradmäßig günstig aus. Durch den Verbundguss des Gehäuseteils und des oder der Ringe der Rotorwicklung entsteht zwischen Gehäuseteile und Rotorwicklung eine Kraftschlussverbindung, die auch einen thermischen Kontakt zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil gewährleistet. Da das zweite Metall nicht auf elektrische Leitfähigkeit optimiert zu sein braucht, ist hierfür bei einigen Ausführungsformen ein Metall gewählt, welches eine ge- ringere Dichte und/oder eine höhere mechanische Festigkeit als das erste Metall hat. Durch die beschriebenen Verbundgusstechnik, mit der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Rotorwicklung und einem oder mehreren Gehäuseteilen hergestellt wird, wird ein Rotor mit einerseits geringen Stromwärmeverlusten in der Rotorwicklung und andererseits geringer Masse bzw. geringem Trägheitsmoment und hoher mechanischer Festigkeit realisiert. Bei meisten der Ausführungsformen ist zwischen der im ersten Schritt gegossenen Rotorwicklung und dem in zweiten Schritt daran angegossenen Gehäuseteil keine thermisch oder elektrisch isolierende Zwischenschicht vorhanden. Somit gewährleistet bei diesen Ausführungsformen die Kraftschlussverbindung auch einen thermischen und elektrischen Kontakt zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil. Die beschriebene Verbundgusstechnik ist daher auch in thermischer Hinsicht vorteilhaft, da die (aufgrund der Verwendung eines Metalles mit erhöhter Leitfähigkeit für die Statorwicklung ohnehin schon reduzierte) Verlustwärme durch Wärmeleitung in das Gehäuseteil abgeführt wird. Aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil fließen die im Rotor induzierten Ströme nicht ausschließlich durch die Ringe; vielmehr fließen nach Art parallel geschalteter Widerstände Teilströme auch durch das Gehäu- seteil. Strenggenommen bilden das oder die Gehäuseteile damit einen Teil der Rotorwicklung; man kann die Rotorwicklung daher auch als eine Hybridwicklung ansehen, die durch die Käfigwicklung aus dem Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und dem an die Ringe der Käfigwicklung angegossenen Gehäuseteil (bzw. den Gehäuseteilen) aus dem weniger leitfähigen Metall gebildet wird. Bei einigen der Ausführungsformen sind die Rotorwicklung und das Gehäuseteil allein dadurch kraftschlüssig miteinander verbunden, dass das an die Rotorwicklung angegossene Gehäuseteil an der Oberfläche der ersten Metalls haftet. Bei anderen Ausführungsformen sind für den Verbund zwischen Rotorwicklung und Gehäuseteil an dem Ring der Rotorwicklung ein oder mehrere negative Winkel, Vertiefungen oder Hin- terschneidungen ausgebildet. Hierdurch kommt es - neben der genannten Oberflächenhaftung - zu einem Formschluß zwischen der Rotorwicklung und dem angegossenen Gehäuseteil. Bei einigen der Ausführungsformen wird an jeder der beiden Stirnseiten des Rotors ein gesondertes Gehäuseteil an den jeweiligen Ring der Rotorwicklung angegos- sen. Bei anderen Ausführungsformen wird hingegen an beide Ringe ein zusammenhängendes, das Elektroblechpaket umgreifendes Gehäuseteil an die beiden Ringe der Rotorwicklung angegossen. Bei solchen Ausführungsformen mit das Elektroblechpaket umgreifendem Gehäuseteil wird bereits allein durch das Eingießen der Ringe eine Formschlussverbindung erzielt, ohne dass hierfür die o.g. Maßnahmen, wie das Vorsehen von negativen Winkeln, Vertiefungen oder Hinterschneidungen ergriffen werden müßten; gleichwohl können diese zusätzlich vorgesehen werden. Bei einigen der Ausführungsformen handelt es sich bei dem ersten Metall um
Kupfer oder eine Kupferlegierung. Bei diesen und weiteren Ausführungsformen handelt es sich bei dem zweiten Metall um Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Titan, eine Titanlegierung, Stahl oder Gusseisen. Unter Kupfer-, Aluminium-, und Titanlegierung werden hier Legierungen verstanden, deren Hauptbestandteil Kupfer, Aluminium bzw. Titan ist; "Hauptbestandteil" ist derjenige Bestandteil, der atomzahlmässig relativ am häufigsten in der Legierung enthalten ist. Wie bereits oben erwähnt wurde, hat das zweite Metall bei den meisten der Ausführungsformen eine geringer Dichte und größere mechanische Festigkeit als das erste Metall. Bei einigen der Ausführungsformen weist das Gehäuseteil oder - bei mehreren Gehäuseteilen - eines oder mehrere der Gehäuseteile Befestigungselemente für Anbauten auf. Die Befestigungselemente sind aus dem zweiten Metall gefertigt und sind einstückig mit dem Gehäuseteil durch gemeinsames Gießen mit diesem hergestellt. Bei einigen dieser Ausführungsformen sind an dem Gehäuseteil oder den Befestigungselementen Lüfterflügel befestigt. Bei manchen Ausführungsformen sind diese Lüfterflügel aus Kunststoff gefertigt. Kunststoffe sind organische Werkstoffen, mit Hauptbestandteil Kohlenstoff und zusätzlichen Bestandteilen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Chlor, Fluor und/oder Silizium, etc. Die Elemente sind zu großen kettenförmigen oder netzartigen Molekülen zusammengeschlossen, die auch Makromoleküle genannt werden. Bei den Ausführungsformen finden für die Lüfterflügel Thermoplaste oder Duroplaste Anwendung, z.B. Thermoplaste wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA, z.B. Nylon, Perlon, Dralon), Polycarbonate (PC), Polycarbonate (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA); oder z.B. Duropiate wie Polyurethane (PUR), Phenolharze, Harnstoff- und Melaminharze, Polyesterharze, Epoxidharze, Silikone. Da- neben können sog. Technische Kunststoffe Verwendung finden, wie z.B. Polyarylether- ketone (PAEK), Polyimide (Pl) oder Polyphenylensulfid (PPS). Bei anderen Ausführungsformen sind die Lüfterflügel hingegen - wie das Gehäuseteil - aus dem zweiten oder einem anderen Metall gefertigt. Bei manchen Ausführungsformen sind die Lüfterflügel einstückig mit dem Gehäuseteil durch gemeinsames Gießen mit diesem aus dem zweiten Metall hergestellt. Nun zurückkehrend zu Fig. 1, zeigt diese eine perspektivische Ansicht einer teilweise aufgeschnittenen Außenläufer-Asynchronmaschine 1 mit einem Stator 2 und ä- nem Rotor 3. Bei der Ansicht von Fig. 1 ist ungefähr ein 90°-Sektor herausgeschnitten; dabei liegt die in Fig. 1 vertikal dargestellte Schnittebene jeweils in einer Nut von Stator 2 und Rotor 3, während die horizontal dargestellte Schnittebene zwischen zwei Nuten von Stator 2 und Rotor 3 liegt. Der Stator 2 ist aus einem Anbauflansch 4, einer Lagerhülse 5 und einem Statorblechpaket 6 mit der Statorwicklung 7 aufgebaut. Alle diese genannten Teile sind miteinander verbunden und sind bei üblicher Befestigung der Maschine 1 feststehend. Der Anbauflansch 4 erstreckt sich im wesentlichen in einer Radialebene der Maschine 1 ; er dient u.a. der Befestigung der Maschine 1, z.B. an einer Halterung. Hierfür ist er z.B. mit Befestigungslöchem 8 ausgerüstet; außerdem weist er einen Durchgang 9 für ein Anschlusskabel für die Speisung (z.B. zum Netz oder einem Frequenzumrichter) auf. Die Lagerhülse 5 ist drehfest mit dem Anbauflansch 4 verbunden und erstreckt sich in Axialrichtung der elektrischen Maschine 1. Sie weist im Inneren zwei Abstufungen 10 auf, welche jeweils als Anschlag für ein Lager 11 dienen. Das Statorblechpaket 6 ist außen an der Lagerhülse 5 befestigt. Es ist aus einzelnen, gegeneinander isolierten Blechelementen 12 aufgebaut, die jeweils in Radialebenen liegen und in Axialrichtung geschichtet sind. Insgesamt hat das Statorblechpaket 6 somit die Form eines Hohlzylin- ders. An seinem Außenumfang weist das Statorblechpaket 6 eine Reihe von gleichmä- ßig beabstandeten Nuten 13 auf, die sich in Radial- und Axialrichtung erstrecken. Die Statorwicklung 7 durchläuft einerseits die Nuten 13, wobei die entsprechenden Wicklungsabschnitte die sog. Spulenseiten 14 bilden. Andererseits weist die Statorwicklung 7 Verbindungen dieser Spulenseiten 14 auf, die außen an beiden Stirnseiten des Statorblechpakets 6 geführt sind, und sog. Verbindungsköpfe 15 (auch "Wickelköpfe" ge- nannt) bilden. Entsprechend zeigt die vertikale Schnittebene in Fig. 1 einen Schnitt durch die in einer Nut 13 liegenden Spulenseiten 14 und einen Schnitt durch die Verbindungköpfe 15, wohingegen die waagrecht dargestellte Schnittebene nur das aufge- schnittenen Statorblechpaket 6 mit den stirnseitig verlaufenden Verbindungsköpfen 15 zeigt. Die Nuten 13 sind nach außen offen. Die Außenseite des Statorblechpakets 6 bildet die innere Begrenzung des Luftspalts 16 zum Rotor 3. Durch Speisung der feststehenden Statorwicklung 7 mit Mehrphasen-Wechselstrom geeigneter Amplitude, Fre- quenz und Phase wird im Statorblechpaket 6 ein den Luftspalt durchdringendes magnetisches Drehfeld erzeugt. Der Rotor 3 ist aus einer Achse 17, einem glockenartigen ersten Gehäuseteil 18, einem Rotorblechpaket 19 mit Käfigwicklung 20 und einem zweiten Gehäuseteil 21 mit einem Befestigungsflansch 22 aufgebaut. Alle diese genannten Teile sind miteinander verbunden und sind gemeinsam relativ zum Stator 2 drehbar. Die Achse 17 ist mit den beiden Lagern 11 in der Lagerhülse 5 gelagert. An dem dem Anbauflansch 4 abgewandten Ende der Achse 17 weist diese einen Achsstummel 23 auf, welcher das erste Gehäuseteil 18 trägt. Dieses umgreift den Stator 2 an der dem Anbauflansch 4 abgewandten Seite der Maschine 1. An seinem äußeren Rand ist das erste Gehäuseteil 18 mit dem Rotorblechpaket 19 samt Käfigwicklung 20 verbunden, und zwar an der dem Anbauflansch 4 abgewandten Stirnseite des Rotorblechpakets 19. Das zweite Gehäuseteil 21 ist mit dem Rotorblechpaket 19 und der Käfigwicklung 20 an der anderen Stirnseite des Rotorblechpakets 19 (also der dem Anbauflansch 4 zugewandten Stirnseite) verbunden. Der Befestigungsflansch 22 ist mit Befestigungslöchern 24 versehen, die beispielsweise der Befestigung von Lüfterflügeln aus Metall oder Kunststoff dienen. Der zum Anbauflansch 4 gerichtete Rand des zweiten Gehäuseteils 21 bildet einen Teil einer Labyrinthdichtung 25. Der Anbauflansch 4 bildet einen Aufnahmetopf 26, der an seinem Rand komplementär zum Rand des zweiten Gehäuseteils 21 ausgebildet ist und damit den zweiten Teil der Labyrinthdichtung 25 bildet. Das Rotorblechpaket 19 ist - wie das Statorblechpaket 6 - aus einzelnen, gegeneinander isolierten Blechelementen 27 aufgebaut, die in Radialebenen liegen und in Axialrichtung geschichtet sind. Es hat insgesamt eine hohlzylinderische Form. Das Rotorblechpaket 19 weist nach innen, zum Luftspalt 16 hin offene Nuten 28 auf, welche im wesentlichen in Axialrichtung verlaufen, zur Vermeidung von Nutrastung jedoch nicht streng axial, sondern leicht schräg zur Axialrichtung angeordnet sind. Die Käfigwicklung 20 wird durch in den Nuten 24 liegende Nutstäbe 29 sowie je einen Verbindungsring 30, 31 an den beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets 19 gebildet. Die Verbindungsringe 30, 31 verbinden jeweils alle auf einer Stirnseite liegenden Enden der Nutstäbe 29 untereinander. Wie schon im Zusammenhang mit dem Statorblechpaket 6 und der Statorwicklung 7 erläutert wurde, zeigt die vertikale Schnittebene in Fig. 1 einen Schnitt durch einen Nutstab 29 samt den beiden stirnseitig liegenden Verbindungsringen 30, 31 , wo- hingegen die horizontale Schnittebene zwischen zwei Nuten 28 liegt, also nur einen Schnitt des Rotorblechpakets 19 und der beiden Verbindungsringe 30, 31 zeigt. Das von den Strömen der Statorwicklung 7 hervorgerufenen magnetische Drehfeld induziert in der Käfigwicklung 20 Spannungen, die zu Strömen in den Nutstäben 29 und den Verbindungsringen 30, 31 führen. Die Ströme in den Nutstäben 29 koppeln drehmoment- mäßig an das magnetische Drehfeld. Die Verbindungsringe 30, 31 haben im wesentlichen eine kegelstumpfförmige Querschnittsform. Die Gehäuseteile 18, 21 umgreifen die Kegelflanken der Nutstäbe 29 beidseitig, also innen und außen. Bei manchen Ausführungsformen wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 18, 21 und den Verbindungsringen 30, 31 im wesentlichen allein durch Oberflächenanhaftung erzielt (dies ist in Fig. 1 beispielhaft an dem zum Anbauflansch 4 gerichteten Ring 31 gezeigt). Bei anderen Ausführungsformen sind die Verbindungsringe zusätzlich mit Hinterschneidungen 32 versehen, in welche die Gehäuseteile 18, 21 eingreifen (dies ist in Fig. 1 bei dem dem Anbauflansch 4 abgewandten Verbindungsring 30 dargestellt). Die Gehäuseteile 18, 21 brauchen nicht etwa auf dem Bereich der Stirnseiten des
Rotorblechpakets 19 beschränkt zu sein; sie können vielmehr auch den Rücken 33 des Rotorblechpakets 19 ganz oder teilweise umschließen. Beispielsweise umgreift bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der Befestigungsflansch 22 teilweise den Rücken 33. Der restliche Teil des Rückens 33 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht von ei- nem Gehäuseteil überdeckt; das Rotorblechpaket 19 hat somit bei diesem Ausführungsbeispiel eine tragende Funktion. Bei anderen Ausführungsbeispielen (Fig. 5) ist jedoch ein einziges durchgehendes Gehäuseteii vorgesehen, welches den Rücken 33 vollständig überdeckt und an beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets 19 mit den Verbindungsringen 30, 31 verbunden ist; bei diesen Ausführungsformen braucht das Rotor- blechpaket 19 keine tragende Funktion zu haben. Bei der Herstellung des Rotors 3 wird zunächst die Käfigwicklung 20 aus einem ersten Metall höherer Leitfähigkeit z.B. Kupfer oder Kupferlegierung in bzw. an das Ro- torblechpaket 19 gegossen. Die Nutstäbe 29 werden dabei durch Ausgießen der Nuten 28 des Rotorblechpakets 19 geformt; die Verbindungsringe 30, 31 werden im selben Gießschritt einstückig mit den Nutstäben 29 gegossen. Nach Erstarren des ersten Metalls werden in einem zweiten Schritt die Gehäuseteile 18, 21 aus einem zweiten Metall geringerer Leitfähigkeit z.B. Aluminium oder Aluminiumlegierung, an das Rotorblechpaket 19 mit der bereits gegossenen Käfigwicklung 20 im Bereich der Verbindungsringe 30, 31 angegossen. Hierdurch wird ein kraftschlüssiger Verbund zwischen der Käfigwicklung 20 und den Gehäuseteilen 18, 21 hergestellt, wodurch die Käfigwicklung 20 nicht nur zusätzliche mechanische Festigkeit erhält, sondern auch durch Wärmeleitung gekühlt wird; die Gehäuseteile 18, 21 nehmen auch einen Teil des Stromflusses zwischen den Nutstäben 29 auf. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 enthaltenen, aus dem ersten Metall gegossenen Käfigwicklung 20, ohne die übrigen in Fig. 1 gezeigten Teile. Wie Fig. 2 zeigt, hat die Wicklung 20 die Form eines zylindrischen Käfigs, bei dem die Nut- stäbe 29 auf dem Zylindermantel liegen, und die Verbindungsringe 30, 31 die äußeren Ränder der Zylinder-Deckflächen bilden, in Fig. 2 sind auch die mit "A1" und "A2" bezeichneten Schnittebenen von Fig. 1 dargestellt. Fig. 3 zeigt die Käfigwicklung 20 von Fig. 2, nun als Schnittdarstellung mit in Fig. 2 gezeigten Schnittebenen A1 und A2. In Fig. 3 ist auch - wie in Fig. 1 - an einem der bei- den Verbindungsringe eine Hinterschneidung 32 gezeigt. Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Käfigwicklung 20 ähnlich Fig. 3, wobei jedoch zusätzlich die an die Verbindungsringe 30, 31 angegossenen Gehäuseteile 18 und 21 aus dem zweiten Metall dargestellt sind. Die Gehäuseteile 18, 21 entsprechen im wesentlichen denjenigen von Fig. 1; allerdings umgreifen bei der Ausführungsform von Fig. 4 die Gehäuseteile 18 und 21 jeweils einen Teil des Rotorblechpakets (welches in Fig. 4 zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist). Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform in einer Ansicht ähnlich Fig. 4. Diese weist statt zweier gesonderter Gehäuseteile ein zusammenhängendes durchgehendes Gehäuseteil aus dem zweiten Metall auf, welches mit "18/21" bezeichnet ist. Es über- greift das (wiederum nicht eingezeichnete) Rotorblechpaket auf dessen gesamter Länge, und ist an beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets mit den Verbindungsringen 30, 31 verbunden. Fig. 6 zeigt einen Lüfter 35, der mit einer Asynchron-Außenläufermaschine 1 als Antriebsmotor ausgerüstet ist. Die Maschine 1 entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Maschine, und zwar in der in Fig. 5 veranschaulichten Bauweise mit einem zusammenhängenden, den Rücken des Rotorblechpakets vollständig überdeckenden Gehäuseteil 18/21 ähnlich Fig. 5. Der Lüfter 34 weist Lüfterflügel 35 auf, welche aus dem zweiten Metall einstückig mit dem Gehäuseteil 18/21 gefertigt sind; und zwar sind die Lüfterflügel 35 gemeinsam mit dem Gehäuseteil 18/21 an das Rotorblechpaket mit der bereits gegossenen Käfigwicklung angegossen. Der in Fig. 1 und 5 gezeigte Befestigungsflansch 22 entfällt daher bei dieser Ausführungsform. Im übrigen ist in Fig. 6 ein vor dem Anbauflansch 4 liegender Installationskasten 36 dargestellt. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführuπgsform handelt es sich um einen Axiallüfter; anderen Ausführungsformen sind beispielsweise Radiallüfter mit entsprechend geformten Lüfterschaufeln. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Axiallüfters ähnlich Fig. 6, bei dem jedoch die Lüfterflügel 35 als gesonderte Teile an dem Gehäuseteil 18/21 befe- stigt, z.B. mit einer Schraub- oder Nietverbindung. Statt des in den Fig. 1 und 5 gezeigten Befestigungsflansches sind hierfür an dem durchgehenden Gehäuseteil 18/21 Befestigungsstummel 22' vorgesehen. Diese sind wiederum durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil 18/21 aus dem zweiten Metall gefertigt. Die Lüfterflügel 35 sind bei einigen Ausführungsformen aus Kunststoff gefertigt, bei anderen aus Metall, wobei es sich um das zweite Metall oder ein anderes Metall handeln kann. Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung der in den Fig. 1, 3-7 gezeigten Läufer. Im Schritt S1 wird das Rotorblechpaket in eine erste Gießform eingelegt, die der äußeren Kontur der Käfigwicklung entspricht. In Schritt S2 werden die Nuten des Rotorblechpakets und die erste Form mit dem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit bei einer höheren Temperatur (z.B. im Bereich von 900°C bis 1200°C) ausgegossen. Damit ist die in bzw. an das Rotorblechpaket gegossene Käfigwicklung hergestellt. Bei Ausführungsformen, bei denen die Ringe zur Verbesserung des Verbunds mit den Gehäuseteilen mit negativen Winkeln, Vertiefungen oder Hinterschneidungen an den Ringen auszubilden sind, können diese negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen z.B. bei Verwendung einer geeigneten öffnungsfähigen Gießform bereits bei den Schritten S1 und S2 geformt werden. Bei anderen Ausführungsformen werden die genannten negativen Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen jedoch nach dem Schritt S2 durch spanende Bearbeitung eingearbeitet, beispielsweise durch Fräsen, Drehen und/oder Bohren. Der folgende Schritt S3 kann sogleich nach Erstarren des ersten Metall (und der ggf. vorgenommenen spanenden Bearbeitung der Ringe) folgen, kann jedoch auch unabhängig nach einem längeren Zeitintervall und in einer anderen Gießerei vorgenommen werden. Bei diesem Schritt wird das Rotorblechpaket mit der gegossenen Käfigwicklung in eine zweite Form eingelegt, die der äußeren Kontur des Rotorgehäuses, ggf. mit Lüfterflügeln entspricht. In Schritt S4 wird die zweite Form mit dem zweiten Me- tall niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit bei niedrigerer Temperatur (z.B. im Bereich von 500°C bis 800°C) ausgegossen. Damit sind die Käfigwicklung und das oder die Gehäuseteile (ggf. zusammen mit den Lüfterflügeln) aus den beiden unterschiedlich leitfähigen Metallen im Verbundguß hergestellt. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen somit Außenläufer- Asynchronmaschinen bereit, welche im Hinblick auf die weltweiten Energieeinsparungsbestrebungen wirkungsgradmäßig vorteilhaft sind und dabei mit relativ geringem Aufwand herstellbar sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrische Asynchronmaschine (1), umfassend: einen innenliegenden Stator (2); einen außenliegenden Rotor (3) mit einem Elektroblechpaket (19), einer Rotorwicklung (20) und wenigstens einem Gehäuseteil (18, 21); wobei das Elektroblechpaket (19) Nuten (28) aufweist, die Rotorwicklung (20) die Form eines Käfigs hat, der durch Ringe (30, 31) und diese verbindende, in den Nuten (28) des Elektroblechpakets (19) liegende Stäbe (29) gebildet ist, und das Gehäuseteil (18, 21) einen Verbund mit der Rotorwicklung (20) bildet; wobei die Rotorwicklung (20) und das Gehäuseteil (18, 21) aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt sind, und zwar die Rotorwicklung (20) aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil (18, 21) aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit; und wobei der Rotor (3) dadurch hergestellt ist, dass zunächst die käfigförmige Wicklung (20) aus dem ersten Metall an das Elektroblechpaket (19) gegossen wird und dass dann das Gehäuseteil (18, 21) aus dem zweiten Metall an den Ring (30, 31) oder die Ringe (30, 31) und das Elektroblechpaket (19) gegossen wird.
2. Asynchronmaschine nach Anspruch 1 , wobei das erste Metall Kupfer oder eine
Kupferlegierung ist.
3. Asynchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Metall Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Titan, eine Titanlegierung, Stahl oder Gusseisen ist.
4. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorwicklung (20) zwei Ringe (30, 31) aufweist, und an jedem der Ringe (30, 31) ein gesondertes Gehäuseteil (18, 21) in Verbund mit dem jeweiligen Ring (30, 31) angeordnet ist.
5. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rotorwicklung (20) zwei Ringe (30, 31) aufweist, und ein das Elektroblechpaket (19) umgreifendes Gehäuseteil (18, 21) vorgesehen ist, welches in Verbund mit beiden Ringen (30, 31) angeordnet ist.
6. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuseteil (18, 21), oder eines der Gehäuseteile (18, 21), Lüfterflügel (35) aus dem zweiten Metall aufweist, welche einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) sind und durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
7. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuseteil (18, 21), oder eines der Gehäuseteile (18, 21), Befestigungselemente (22, 22') für An- bauten aufweist, wobei die Befestigungselemente (22, 22') einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) aus dem zweiten Metall durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
8. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, wobei an dem Ge- häuseteil (18, 21), oder einem der Gehäuseteile (18, 21), oder den Befestigungselementen (22, 22') Lüfterflügel (35) aus Kunststoff oder Metall befestigt sind.
9. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen der Rotorwicklung (20) und dem Gehäuseteil (18, 21) eine Kraftschlußverbindung besteht, die auch einen thermischen Kontakt zwischen Rotorwicklung (20) und Gehäuseteil (18, 21) gewährleistet.
10. Asynchronmaschine nach Anspruch 9, wobei die Rotorwicklung (20) und das Gehäuseteil (18, 21) nicht gegeneinander isoliert sind, und somit elektrisch verbunden sind.
11. Asynchronmaschine nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher für den Verbund zwischen Rotorwicklung (20) und Gehäuseteil (18, 21) an dem Ring (30, 31) ein oder mehrere negative Winkel, Vertiefungen oder Hinterschneidungen (32) ausgebildet sind.
12. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher der Rotor (3) mit Reluktanzfunktion aufgebaut ist.
13. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher der Rotor (3) mit zusätzlichen Dauermagneten ausgerüstet ist.
14. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die
Elektroblechelemente aus Elektro-Sintermetall oder Stahl hergestellt sind.
15. Asynchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welche so ausgebildet ist, dass sie als Generator arbeiten kann.
16. Asynchronmaschine nach Anspruch 15, welche als Windkraft-Generator ausgebildet ist.
17. Lüfter mit einer Asynchronmaschine (1) als Antriebsmotor, umfassend: einen innenliegenden Stator (2); einen außenliegenden Rotor (3) mit einem Elektroblechpaket (19), einer Rotorwicklung (20) und wenigstens einem Gehäuseteil (18, 21); wobei das Elektroblechpaket (19) Nuten (28) aufweist, die Rotorwicklung (20) die Form eines Käfigs hat, der durch Ringe (30, 31) und diese verbindende, in den Nuten (28) des Elektroblechpakets (19) liegende Stäbe (29) gebildet ist, und das Gehäuseteil (18, 21) einen Verbund mit der Rotorwicklung (20) bildet; wobei die Rotorwicklung (20) und das Gehäuseteil (18, 21) aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt sind, und zwar die Rotorwicklung (20) aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und das Gehäuseteil (18, 21) aus einem zweiten Me- tall geringerer elektrischer Leitfähigkeit; wobei der Rotor (3) dadurch hergestellt ist, dass zunächst die käfigförmige Wicklung (20) aus dem ersten Metall gegossen an das Elektroblechpaket (19) wird und dass dann das Gehäuseteil (18, 21) aus dem zweiten Metall an den Ring (30, 31) oder die Ringe (30, 31) und das Elektroblechpaket (19) gegossen wird, und wobei an dem Gehäuseteil (18, 21) Lüfterflügel (35) angeordnet sind.
18. Lüfter nach Anspruch 17, wobei die Lüfterflügel (35) einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) sind und aus dem zweiten Metall durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
19. Lüfter nach Anspruch 17, wobei das Gehäuseteil (18, 21), oder eines der Gehäuseteile (18, 21), Befestigungselemente (22, 22') für die Lüfterflügel (35) aus dem zweiten Metall aufweist, welche einstückig mit dem Gehäuseteil (18, 21) sind und durch gemeinsames Gießen mit dem Gehäuseteil (18, 21) hergestellt sind.
20. Lüfter nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Lüfterflügel (35) aus Kunststoff oder Metall gefertigt sind und an dem an dem Gehäuseteil (18, 21), oder einem der Gehäuseteile (18, 21), oder den Befestigungselementen (22, 22') befestigt sind.
21. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (3) einer Außenläufer- Asynchronmaschine (1), welches folgendes umfaßt: Gießen einer Wicklung (20) aus einem ersten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit an ein Elektroblechpaket (19) mit Nuten (28), wobei die Rotorwicklung (20) die Form eines Käfigs erhält, der durch Ringe (30, 31) und diese verbindende, in den Nuten (28) des Elektroblechpakets liegende Stäbe (29) gebildet ist; Angießen wenigstens eines Gehäuseteils (18, 21) aus einem zweiten Metall geringerer elektrischer Leitfähigkeit an den Ring (30, 31) oder die Ringe (30, 31) und das Elektroblechpaket (19), so dass das Gehäuseteil (18, 21) einen Verbund mit der Rotorwicklung (20) bildet.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007014352A1 (de) * 2007-03-26 2008-10-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Gießen eines einen Stator formschlüssig und spielfrei zumindest bereichsweise aufnehmenden Gehäuseelements für eine elektrische Maschine und entsprechende elektrische Maschine
CN102106061A (zh) * 2008-07-30 2011-06-22 罗伯特·博世有限公司 用于制造电机的方法以及用于混合动力车辆的电机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB789038A (en) * 1955-10-24 1958-01-15 Papst Hermann Rotating-field motors
GB905632A (en) * 1959-10-01 1962-09-12 Papst Hermann Improved electrical induction motor having a stator radially surrounded by an external rotor
US4370580A (en) * 1979-06-23 1983-01-25 Papst Motoren Gmbh Und Co. Kg Reluctance motor
US4403161A (en) * 1977-06-24 1983-09-06 Hitachi, Ltd. Permanent magnet rotor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB789038A (en) * 1955-10-24 1958-01-15 Papst Hermann Rotating-field motors
GB905632A (en) * 1959-10-01 1962-09-12 Papst Hermann Improved electrical induction motor having a stator radially surrounded by an external rotor
US4403161A (en) * 1977-06-24 1983-09-06 Hitachi, Ltd. Permanent magnet rotor
US4370580A (en) * 1979-06-23 1983-01-25 Papst Motoren Gmbh Und Co. Kg Reluctance motor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007014352A1 (de) * 2007-03-26 2008-10-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Gießen eines einen Stator formschlüssig und spielfrei zumindest bereichsweise aufnehmenden Gehäuseelements für eine elektrische Maschine und entsprechende elektrische Maschine
CN102106061A (zh) * 2008-07-30 2011-06-22 罗伯特·博世有限公司 用于制造电机的方法以及用于混合动力车辆的电机
US8424186B2 (en) 2008-07-30 2013-04-23 Robert Bosch Gmbh Method for manufacturing an electric machine by a lost foam casting process, and electric machine for a hybrid vehicle

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