DE10013123A1

DE10013123A1 - Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elektrischen Maschine und nach diesem Verfahren herstellbare Baugruppe, elektrische Maschine mit einer derartigen Baugruppe

Info

Publication number: DE10013123A1
Application number: DE10013123A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gruendl; Bernhard Hoffmann
Original assignee: Compact Dynamics GmbH
Current assignee: Compact Dynamics GmbH
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-10-04
Also published as: US20050015969A1; KR20020087415A; AU2001262085A1; EP1269609A1; JP2003527060A; WO2001069761A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elektrischen Maschine mit den Schritten: DOLLAR A Fertigen wenigstens eines Teils einer Spule eines Läufers oder Ständers einer elektrischen Maschine; Positionieren des wenigstens eines Teils der Spule in einer Gußform, deren Hohlraumgestalt zumindest einen Teil der Baugruppe wiedergibt; Einfüllen von Weicheisenpartikeln mit einem termoplastischen Kunststoffüberzug in die Gußform; Wärmebehandeln der gefüllten Gußform, bis zur Kunststoffüberzug der Weicheisenpartikel erweicht; Erkaltenlassen der gefüllten Gußform; und Entnehmen der Baugruppe aus der Gußform.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elektrischen Maschine und nach diesem Ver fahren herstellbare Baugruppe sowie einen Elektromotor mit einer derartigen Baugruppe.

Begriffsdefinitionen

Unter Baugruppe einer elektrischen Maschine wird hierbei sowohl ein Ständer einer elektrischen Maschine, als auch unter bestimmten - weiter unten beschriebenen - Vorausset zungen ein Läufer verstanden. Eine elektrische Maschine ist hierbei sowohl ein elektrischer Motor als auch ein elektri scher Generator, gleichgültig ob die elektrische Maschine als rund laufende Maschine oder zum Beispiel als Linearmo tor ausgestaltet ist.

Stand der Technik

Im Stand der Technik ist es bekannt, die magnetisch leiten den Teile einer elektrischen Maschine (insbesondere einer Wechselstrommaschine) wegen der sonst auftretenden Wirbel ströme aus Blechen aufzubauen. Für die Blechpakete werden dabei typischerweise zwischen 0.35 mm und 1.5 mm dicke, einseitig oder doppelseitig isolierte Blechtafeln aus Dyna moblech (warmgewalztes Elektroblech) in entsprechend ge formte Streifen geschnitten. Aus diesen Streifen werden Ständer- und Läuferbleche mit jeweiligen Ausnehmungen ge stanzt, wobei ein möglichst geringer Abfall angestrebt wird. Die solcherart hergestellten Ständer- und Läuferble che werden aufeinander geschichtet und unter Druck zu Blechpaketen vereint, bei denen die Ausnehmungen der ein zelnen Bleche Nuten für die anschließend einzubringenden Ständer- bzw. Läuferwicklungen bilden.

Diese Ständer- bzw. Läuferwicklungen sind entweder vorge fertigte und isolierte Formspulen, die in die offenen Nuten eingelegt werden. Bei geschlossenen Nuten müssen die Wick lungsdrähte von der Stirnseite der Blechpakete eingefädelt, so daß eine entsprechende Spule entsteht.

Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise ist zwar in ei nigen Details weiter entwickelt worden. Dennoch ist dies im Prinzip die seit vielen Jahrzehnten bewährte und angewende te Methode um elektrische Maschinen herzustellen, ohne daß sich daran grundlegend etwas geändert hätte. Allerdings zeigt die obige Darstellung auch, daß die Herstellung sehr aufwendig ist, beim Stanzvorgang der Bleche Stanzabfälle anfallen und daß der Einbringvorgang der Wicklungen bzw. der Wicklungsdrähte in die Nuten sehr zeitintensiv ist. Au ßerdem sind hierbei sog. Wicklungsköpfe (über die Stirnflä che der Blechpakete hinausragende Abschnitte der Wicklun gen) unvermeidbar, welche keinen Wirkungsbeitrag zu der Leistung der elektrischen Maschine liefern.

Eine aus einem völlig anderen Gebiet kommende Entwicklung besteht darin, fein pulverisierte Weicheisenpartikel mit einem termoplastischen Kunststoffüberzug zu versehen. Be sonders gut eignet sich hierbei ein Eisenpulver, bei dem Eisenpartikel mit etwa 20-150 µm Durchmesser einen Über zug aus Polyethylen von etwa 2-10 µm haben. Derartiges Pulver ist zum Beispiel in SAE Technical Paper Series, "P/M Cores for Pulsed DC Ignition Systems", David E. Gay, Inter national Congress & Exposition, Detroit, MI, February 24- 27, 1997 beschrieben. Die darin beschriebenen Materialien eignen sich zur Ausführung der Erfindung. Es ist jedoch auch möglich, entsprechendes Material von anderen Herstel lern mit ähnlichen Eigenschaften für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß sich derartiges Mate rial in überraschender Weise hervorragend dazu eignet, den Herstellungsvorgang für elektrische Maschinen bzw. deren Baugruppen konzeptionell völlig anders zu gestalten, wobei sogar elektrische Maschinen herstellbar sind, die zum Teil bessere elektrische Eigenschaften haben als von der Größe, Bauart etc. vergleichbare herkömmliche elektrische Maschi nen.

Der Erfindung zugrundeliegendes Problem

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorgehensweise für die Herstellung einer elektrischen Maschine liegt der Er findung das Problem zugrunde, diesen Vorgang grundlegend zu vereinfachen, damit er signifikant kostengünstiger wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elektri schen Maschine mit folgenden Schritten:

- Fertigen wenigstens eines Teils einer Wicklung eines Läu fers oder Ständers einer elektrischen Maschine;
- Positionieren des wenigstens eines Teils der Wicklung in einer Gußform, deren Hohlraumgestalt zumindest einen Teil der Baugruppe wiedergibt;
- Einfüllen von pulverisierten Weicheisenpartikeln mit ei nem termoplastischen Kunststoffüberzug in die Gußform;
- Wärmebehandeln der gefüllten Gußform, bis der Kunst stoffüberzug der Weicheisenpartikel erweicht;
- Erkaltenlassen der der gefüllten Gußform; und
- Entnehmen der Baugruppe aus der Gußform.

Diese völlig neuartige Weise der Herstellung von elektri schen Maschinen bzw. deren Bauteilen hat eine Reihe von si gnifikanten Vorteilen:
Ersichtlich entfällt hier der aufwendige Montageschritt, die Wicklung in die Nuten der Blechteile einzulegen. Außer dem ist die Montage und Ausrichtung der Bleichteile zuein ander nicht mehr notwendig. Des weiteren kann die Wicklung praktisch vollständig von den Weicheisenpartikeln umgeben sein, so daß keine Wicklungsköpfe entstehen. Außerdem sind die Drähte der Wicklung nicht in vorgeformten Nuten aufge nommen. Vielmehr haften die Weicheisenpartikel direkt an den Drähten der Wicklung an, so daß zwischen den Drähten der Wicklung und dem Formkörper aus Weicheisenpartikeln praktisch kein Luftspalt (außer der Materialdicke des Kunststoff-Überzuges der Weicheisenpartikel) vorhanden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in die Gußform eingebrachten Weicheisenpartikel vor der Wärmebehandlung mechanisch soweit verdichtet, daß keine Lufttaschen in dem Pulver aus Weicheisenpartikeln oder an Grenzflächen zwischen dem Pulver und der/den Spulen mehr vorhanden sind. Dies kann durch Rütteln, Vibrieren lassen der Gußform, Komprimieren mittels eines Stempels, oder dergl., oder auch durch Kombinationen der einzelnen vorgenannten Verfahren erreicht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird in die in die Gußform eingebrachten Weichei senpartikel vor oder bei der Wärmebehandlung eine Ausneh mung eingeformt, in der eine elektronische Schaltung (zum Beispiel eine Steuerschaltung oder eine Sensorbaugruppe) für die elektrische Maschine eingebracht wird. Dabei können die Enden der Spulen in dieser Ausnehmung enden, so daß die elektronische Schaltung direkt mit diesen verbunden werden kann.

Der Schritt der Wärmebehandlung erfolgt dabei in einer Wei se, daß die Isolierung des Wicklungsdrahtes (aus Lack, Kunststoff, Email oder Keramik) nicht beschädigt wird. Vor zugsweise erfolgt die Wärmebehandlung mit etwa 250°-350° Celsius, solange bis die Weicheisenpartikel mit einem gleichmäßigen geschmolzenen Kunststoffüberzug umgeben sind, ohne daß die Eisenpartikel in nennenswertem Umfang mitein ander in eine magnetisch (oder elektrisch) leitende Verbin dung kommen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das sich insbesondere zur Herstellung eines Läufers eines Asynchronmotors eignet, wird die den Kurz schluß-Läufer bildende Spule durch Gießen hergestellt. Alternativ dazu kann die Spule durch Ausstanzen von Ausspa rungen aus einem kreiszylindrischen Rohr aus Aluminium oder Kupfer hergestellt werden. In beiden Fällen wird anschlie ßend die so hergestellte Spule mit den Weicheisenpartikeln umgeben und wärmebehandelt.

Die Erfindung betrifft auch eine Baugruppe für eine elek trische Maschine, bei der eine Spule zumindest teilweise mit Eisen umgeben ist, wobei das Eisen durch miteinander verbundene Weicheisenpartikel mit einem termoplastischen Kunststoffüberzug gebildet ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch eine elektrische Maschine mit einem Ständer und/oder einem Läufer, der durch eine solche Baugruppe ge bildet ist.

In den Läufer wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vor dem Verdichten und der Wärmebehandlung eine Welle in das Pulver eingebracht, wobei die Welle einen Außenmehrkant oder Vorsprünge aufweist, damit nach dem dem Verdichten und der Wärmebehandlung (und dem Erkalten) die Welle drehfest und unverlierbar in der Läuferbaugruppe auf genommen ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß auch an dere elektrische Komponenten mit induktiven Komponenten, zum Beispiel Drosseln oder Transformatoren mit diesem neu artigen Verfahren hergestellt werden können.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elektrischen Maschine mit folgenden Schritten:

- Fertigen wenigstens eines Teils einer Spule eines Läufers oder Ständers einer elektrischen Maschine;
- Positionieren des wenigstens eines Teils der Spule in ei ner Gußform, deren Hohlraumgestalt zumindest einen Teil der Baugruppe wiedergibt;
- Einfüllen von Weicheisenpartikeln mit einem termoplasti schen Kunststoffüberzug in die Gußform;
- Wärmebehandeln der gefüllten Gußform, bis der Kunst stoffüberzug der Weicheisenpartikel erweicht;
- Erkaltenlassen der der gefüllten Gußform; und
- Entnehmen der Baugruppe aus der Gußform.

2. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 1, bei dem die in die Guß form eingebrachten Weicheisenpartikel vor der Wärmebehand lung mechanisch verdichtet werden.

3. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 1, bei dem in die in die Gußform eingebrachten Weicheisenpartikel vor oder bei der Wärmebehandlung eine Ausnehmung zur Aufnahme einer elektro nische Schaltung eingeformt wird.

4. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Wärmebehandlung in einer Weise erfolgt, daß die Isolierung der Spule unbeschädigt bleibt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 4, bei dem die Wärmebehand lung mit etwa 250°-350°Celsius solange erfolgt, bis die Weicheisenpartikel mit einem gleichmäßigen geschmolzenen Kunststoffüberzug umgeben sind, ohne daß die Eisenpartikel in nennenswertem Umfang miteinander in eine magnetisch oder elektrisch leitende Verbindung kommen.

6. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 1, bei dem wenigstens ein Teils der Spule aus Aluminium oder Kupfer hergestellt wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 1, bei dem die Spule durch Gießen hergestellt wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe einer elek trischen Maschine nach Anspruch 1, bei dem die Spule durch Ausstanzen von Aussparungen aus einem kreiszylindrischen Rohr aus Aluminium oder Kupfer hergestellt wird.

9. Baugruppe für eine elektrischen Maschine, bei der eine Spule zumindest teilweise mit Eisen umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen durch Weicheisenpartikel mit einem termoplastischen Kunststoffüberzug gebildet ist.

10. Elektrische Maschine mit einem Ständer und einem Läu fer, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer und/oder der Läufer durch eine Baugruppe nach Anspruch 9 gebildet ist.