DE102011089517A1 - Method for producing a machine element and machine element for an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Maschinenelements (1), insbesondere für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines magnetischen Pulvermaterials mit länglichen magnetischen Pulverpartikeln (12) in einer Pressform; – Anlegen eines Magnetfelds, das das bereitgestellte Pulvermaterial durchdringt; – Verdichten des Pulvermaterials in der Pressform (17); und – Verbinden der Pulverpartikel, um das Maschinenelement (1) zu erhalten.The invention relates to a method for producing a machine element (1), in particular for a stator or a rotor of an electrical machine, comprising the following steps: - providing a magnetic powder material with elongated magnetic powder particles (12) in a mold; - applying a magnetic field, which penetrates the provided powder material; - compacting the powder material in the mold (17); and - bonding the powder particles to obtain the machine element (1).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinenelemente für elektrische Maschinen, insbesondere Maschinenelemente zur Führung eines Magnetfelds für einen Stator oder einen Läufer der elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung derartiger Maschinenelemente.The present invention relates to machine elements for electrical machines, in particular machine elements for guiding a magnetic field for a stator or a rotor of the electric machine. The invention further relates to methods for producing such machine elements.
Stand der TechnikState of the art
Neben dem Lamellenaufbau von Maschinenelementen ist ferner bekannt, Maschinenelemente zum Leiten von Magnetfeldern aus Soft Magnetic Composite-(SMC)-Pulvermaterialien aufzubauen, wie beispielsweise Somaloy 700, die beispielsweise aus
SMC-Materialien sind aus oberflächenisolierten Eisenpartikeln zusammengesetzt, die ungleichmäßig geformt sind, jedoch eine in etwa kugelförmige Struktur gleicher Größe aufweisen. Die Pulvermaterialien weisen Partikel aus Eisenverbindungen auf, die eine Größe aufweisen, die sich zum Verpressen und Formen von Maschinenelementen eignet. Die Partikel können beispielsweise Dimensionen von etwa 0,1 mm aufweisen und in einem einzigen Schritt mit Drücken von etwa 800 MPa verpresst werden, um magnetische Maschinenelemente mit komplexen Formen und engen Toleranzen zu erhalten. Die verpressten SMC-Maschinenelemente werden dann bei Temperaturen von etwa 500°C für etwa 30 Minuten erwärmt, um das Maschinenelement zu erhalten. SMC materials are composed of surface-isolated iron particles that are unevenly shaped but have an approximately spherical structure of the same size. The powder materials have particles of iron compounds having a size suitable for pressing and forming machine elements. The particles may, for example, have dimensions of about 0.1 mm and be compressed in a single step with pressures of about 800 MPa to obtain magnetic machine elements with complex shapes and close tolerances. The compressed SMC machine elements are then heated at temperatures of about 500 ° C for about 30 minutes to obtain the machine element.
Ein Nachteil des verwendeten Pulvermaterials besteht darin, dass man dadurch nur Maschinenelemente mit isotropen magnetischen Eigenschaften in alle Raumrichtungen erhalten kann. Dies ist zwar für elektrische Maschinen mit dreidimensionalen magnetischen Flusseigenschaften, wie beispielsweise Axialfeldmaschinen, Klauenpolmaschinen und Transversal-Fluss-Maschinen, vorteilhaft, bei anderen Arten von elektrischen Maschinen entspricht jedoch das magnetische Feld einem radialen Feldtyp, in dem die magnetischen Flusslinien im Wesentlichen eindimensional und in bestimmten kleinen Bereichen des magnetischen Kreises in zwei Raumrichtungen verlaufen.A disadvantage of the powder material used is that it can only obtain machine elements with isotropic magnetic properties in all spatial directions. While this is advantageous for electric machines having three-dimensional magnetic flux characteristics such as axial field machines, claw pole machines and transverse flux machines, in other types of electric machines, the magnetic field corresponds to a radial field type in which the magnetic flux lines are substantially one-dimensional and certain small areas of the magnetic circuit in two spatial directions.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aus einem Pulvermaterial zum Verpressen hergestelltes Maschinenelement mit verbesserten magnetischen Eigenschaften sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines solchen Maschinenelements zur Verfügung zu stellen.It is an object of the present invention to provide a machine element made of a powder material for pressing and having improved magnetic properties and an improved method for producing such a machine element.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Herstellen eines Maschinenelements für eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch das Maschinenelement für eine elektrische Maschine gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.This object is achieved by the method for producing a machine element for an electrical machine according to claim 1 and by the machine element for an electrical machine according to the independent claim.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Maschinenelements, insbesondere für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines magnetischen Pulvermaterials mit länglichen magnetischen Pulverpartikeln in einer Pressform;
- – Anlegen eines Magnetfelds, das das bereitgestellte Pulvermaterial durchdringt;
- – Verdichten des Pulvermaterials in der Pressform;
- – Verbinden der Pulverpartikel, um das Maschinenelement zu erhalten.
- Providing a magnetic powder material with elongated magnetic powder particles in a mold;
- - applying a magnetic field, which penetrates the provided powder material;
- - compacting the powder material in the mold;
- - Connecting the powder particles to obtain the machine element.
Eine Idee des obigen Verfahrens zum Herstellen eines Maschinenelements besteht darin, ein Pulvermaterial mit länglichen magnetischen Partikeln beim oder vor dem Verpressen einem Magnetfeld auszusetzen, das im Inneren des zu formenden Maschinenelements im Wesentlichen die gleiche Feldlinienrichtung aufweist wie die Feldlinienrichtung eines Magnetfelds, dem das Maschinenelement im späteren Einsatz in einer elektrischen Maschine ausgesetzt ist. Dadurch werden die länglichen Pulverpartikel entlang der magnetischen Feldlinien ausgerichtet. Nach dem Anliegen oder während des Anliegens des magnetischen Felds wird das Pulvermaterial verpresst, um das solide Maschinenelement zu erhalten. Die zuvor ausgerichteten magnetischen Partikel behalten dabei ihre Ausrichtung bei. Durch die entsprechende Ausrichtung der magnetischen Pulverpartikel liegen in dem Material des so hergestellten Maschinenelements in Richtung der Ausrichtung der magnetischen Pulverpartikel weniger Grenzflächen zwischen benachbarten Pulverpartikeln vor als in einer Querrichtung. Dadurch ist die magnetische Leitfähigkeit in Richtung der Ausrichtung der magnetischen Pulverpartikel gegenüber Querrichtungen deutlich erhöht.An idea of the above method for manufacturing a machine element is to expose a powder material with elongated magnetic particles during or before pressing a magnetic field having substantially the same field line direction inside the machine element to be formed as the field line direction of a magnetic field, the machine element in later use is exposed in an electrical machine. This aligns the elongated powder particles along the magnetic field lines. After application or during the application of the magnetic field, the powder material is pressed to obtain the solid machine element. The previously oriented magnetic particles maintain their alignment. Due to the corresponding orientation of the magnetic powder particles, there are fewer interfaces between adjacent powder particles in the material of the machine element thus produced in the direction of alignment of the magnetic powder particles than in a transverse direction. As a result, the magnetic conductivity is significantly increased in the direction of alignment of the magnetic powder particles with respect to transverse directions.
Weiterhin kann das Verdichten des Pulvermaterials während des angelegten Magnetfelds durchgeführt werden. Furthermore, the densification of the powder material may be performed during the applied magnetic field.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verdichten des Pulvermaterials durchgeführt werden, nachdem das Magnetfeld angelegt worden ist. According to an embodiment, the compacting of the powder material may be performed after the magnetic field has been applied.
Es kann vorgesehen sein, dass während des Anlegens des Magnetfelds die Pressform und/oder das Pulvermaterial einem oder mehreren Stößen und/oder Vibrationen ausgesetzt wird. It can be provided that during the application of the magnetic field, the mold and / or the powder material is exposed to one or more shocks and / or vibrations.
Weiterhin können die länglichen magnetischen Pulverpartikel ein Längen- zu Breitenverhältnis zwischen 2 und 5 aufweisen. Furthermore, the elongated magnetic powder particles may have a length to width ratio between 2 and 5.
Insbesondere kann der Anteil der länglichen magnetischen Pulverpartikel in dem Pulvermaterial mindestens 50%, insbesondere mindestens 80%, betragen. In particular, the proportion of the elongated magnetic powder particles in the powder material may be at least 50%, in particular at least 80%.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Maschinenelement, insbesondere für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, vorgesehen, wobei das Maschinenelement aus einem magnetischen Pulvermaterial mit länglichen magnetischen Pulverpartikeln hergestellt wird, indem
- – das magnetische Pulvermaterial mit länglichen magnetischen Pulverpartikeln in einer Pressform bereitgestellt wird;
- – ein Magnetfeld angelegt wird, das das bereitgestellte Pulvermaterial durchdringt;
- – das Pulvermaterial in der Pressform verdichtet wird;
- – die Pulverpartikel verbunden werden, um das Maschinenelement zu erhalten.
- - The magnetic powder material is provided with elongated magnetic powder particles in a mold;
- - A magnetic field is applied, which penetrates the provided powder material;
- - The powder material is compacted in the mold;
- - The powder particles are connected to obtain the machine element.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Maschinenelement, insbesondere für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, vorgesehen, wobei das Maschinenelement mindestens einen Bereich aufweist, in dem längliche magnetische Pulverpartikel aneinander anliegend angeordnet sind, wobei deren Längsachsen zueinander parallel ausgerichtet sind. According to a further aspect, a machine element, in particular for a stator or a rotor of an electric machine, is provided, wherein the machine element has at least one region in which elongated magnetic powder particles are arranged adjacent to one another, their longitudinal axes being aligned parallel to one another.
Eine Idee des obigen Maschinenelements besteht darin, dieses mit einem Pulvermaterial mit länglichen magnetischen Partikeln aufzubauen. Die Partikel werden beim oder vor dem Verpressen entlang der Vorzugsrichtung von magnetischen Feldlinien ausgerichtet, so dass entlang der Feldlinien eine verbesserte magnetische Permeabilität, d. h. magnetische Leitfähigkeit, vorliegt, während die magnetische Leitfähigkeit in Querrichtungen im Verhältnis geringer ist. Durch das Vorsehen von länglichen Partikeln ist es möglich, bei niedrigem Partikelvolumen eine deutliche Verbesserung der magnetischen Leitfähigkeit in einer Feldlinienrichtung zu erreichen.One idea of the above machine element is to build it up with a powdery material having elongated magnetic particles. The particles are aligned by magnetic field lines at or before compression along the preferential direction, so that along the field lines improved magnetic permeability, i. H. magnetic conductivity, is present, while the magnetic conductivity is relatively lower in transverse directions. By providing elongated particles, it is possible to achieve a significant improvement of the magnetic conductivity in a field line direction at low particle volume.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Die Partikel
Aufgrund der gleichen Größe der Pulverpartikel
Um die Anzahl der Grenzflächen
Es ist daher, wie in
Die länglichen Pulverpartikel
Das bedeutet, dass die isolierten Pulverpartikel
Der Vorteil des aus den obigen Pulverpartikeln
Bei der Anordnung der länglichen Pulverpartikel
In
Die
In
Wie in
Nachdem das Pulvermaterial in den Hohlraum der Pressform
Die Pressform
Beispielsweise kann eine Magnetisieranordnung
Die magnetischen Kreise sind an einem T-Stück unterbrochen, um eine entsprechend geformte Pressform
Dabei wird die Pressform
Ein Verpressen der länglichen Pulverpartikel
Zur Unterstützung des Prozesses des Ausrichtens der länglichen Pulverpartikel
Durch anschließendes weiteres Verpressen des Pulvermaterials, Entnehmen aus der Magnetisieranordnung
Das obige Herstellungsverfahren und durch dieses hergestellte Maschinenelemente sind nicht nur für Statorzähne verwendbar, sondern können auch für vollständige magnetische Kreise für jede Art von elektrischen Maschinen verwendet werden.The above manufacturing method and machine elements made by it are not only useful for stator teeth, but can also be used for complete magnetic circuits for any kind of electric machines.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- "Somaloy Technology", Somaloy Brochure, Dezember 2010, Höganäs AB, Schweden, www.hoganas.com [0002] "Somaloy Technology", Somaloy Brochure, December 2010, Höganäs AB, Sweden, www.hoganas.com [0002]
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