DE102013021725A1

DE102013021725A1 - Magnetstruktur

Info

Publication number: DE102013021725A1
Application number: DE102013021725.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Pszola
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Also published as: DE202013012555U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einerseits eine Magnetstruktur (4) einer elektrischen Maschine (6), insbesondere Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs, und andererseits eine elektrische Maschine (6) mit einer Magnetstruktur (4). Die Magnetstruktur (4) weist einen Stern (12) mit einer Anzahl Zähne (14) und ein Joch (10) auf, das in direktem mechanischem Kontakt mit den Zähnen (14) ist. Die Kontaktfläche (20) zwischen dem Joch (10) und den Zähnen (14) ist aufgerauht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren (28, 42) zur Herstellung einer Magnetstruktur (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetstruktur einer elektrischen Maschine und ein Herstellungsverfahren einer Magnetstruktur. Unter elektrischer Maschine wird ein Generator oder besonders bevorzugt ein Elektromotor verstanden, der insbesondere in einem Kraftfahrzeug als ein Verstellantrieb Verwendung findet.
Elektromotoren weisen üblicherweise einen Rotor und einen Stator auf, der ein Joch und einen Stern umfasst. Der Stern weist seinerseits eine Anzahl von Zähnen auf, wobei um die Zähne jeweils eine Spule gewickelt ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Zur Verbesserung des magnetischen Flusses und zur mechanischen Stabilisierung ist ein Joch vorhanden. Zur Befestigung des Sterns am Joch sind die Zähne freiendseitig dachförmig oder dergleichen ausgestaltet und greifen in entsprechende Ausnehmungen des Jochs ein.
Um eine sicheren Anbindung zu gewährleisten ist eine vergleichsweise hohe Kraft zwischen dem Stern und dem Joch erforderlich. Aus diesem Grund müssen die einzelnen Brücken des Sterns, die die Zähne miteinander verbinden, vergleichsweise robust ausgeführt werden, um ein Verbiegen des Sterns zu vermeiden. Dies bedingt einerseits ein vergleichsweise hohes Gewicht und andererseits einen verschlechterten magnetischen Fluss. Zur Herstellung eines derartigen Stators wird der Stern üblicherweise in Axialrichtung in das Joch eingepresst. In Folge dessen können die Zähne verbiegen, oder Partikel es könnten Partikel abgeschert werden, was den Wirkungsgrad des Elektromotors verringert, oder zu weiteren Beschädigungen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Magnetstruktur einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine anzugeben, die insbesondere vergleichsweise einfach und sicher herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer Magnetstruktur einer elektrischen Maschine.
Hinsichtlich der Magnetstruktur wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der elektrischen Maschine durch die Merkmale des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Verfahrens jeweils durch die voneinander unabhängigen Ansprüche 8 und 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Magnetstruktur ist Bestandteil einer elektrischen Maschine und umfasst einen Stern mit einer Anzahl Zähne. Insbesondere ist der Querschnitt des Sterns teilweise ringförmig, wobei an dem Ring die Zähne in radialer Richtung angeordnet und in direktem mechanischen Kontakt mit dem Ring sind. Insbesondere ist der den Ring formende Teil des Sterns einstückig mit den Zähnen. Zwischen den Zähnen sind beispielsweise Permanentmagneten angeordnet. Alternativ ist um jeweils einen der Zähne eine Spule gewickelt. Die Spulen werden insbesondere zur Erzeugung eines wechselnden Magnetfelds bei Betrieb der elektrischen Maschine geeignet bestromt.
Die Magnetstruktur weist ferner ein Joch auf, das in direktem mechanischen Kontakt mit den Zähnen ist und geeigneterweise drucklos an diesem anliegt. Die Kontaktfläche zwischen dem Joch und den Zähnen ist aufgerauht, wobei unter Kontaktfläche insbesondere die Fläche des direkten mechanischen Kontakts des Jochs mit den Zähnen verstanden wird. Mit anderen Worten weist die Kontaktfläche einen im Vergleich zu weiteren Flächen des Sterns oder des Jochs erhöhte Rauheit auf. Hierbei ist entweder der Bereich des Jochs, der in Kontakt mit den Zähnen ist, aufgerauht oder der Bereich der Zähne, der in Kontakt mit dem Joch ist. Alternativ ist zumindest einer der Zähne in dem entsprechenden Bereich aufgerauht und das Joch an zumindest einem Teil der entsprechenden Bereiche. Besonders bevorzugt ist sowohl das Joch im Bereich des direkten mechanischen Kontakts mit den Zähnen als auch die Zähne im Bereich des direkten mechanischen Kontakts mit dem Joch aufgerauht. Aufgrund der erhöhten Rauhheit verhaken sich die Zähne und das Joch im mikrostrukturellen Bereich und eine vergleichsweise robuste Anbindung des Sterns an dem Joch ist realisiert.
Sofern die Verbindung drucklos ist oder lediglich geringe Kräfte wirken, ist es ermöglicht, den Stern und/oder das Joch vergleichsweise filigran zu fertigen, was zu einem verringerten Gewicht führt. Auch ist die Führung eines magnetischen Flusses innerhalb des Sterns und des Jochs verbessert. Zudem werden bei einer vergleichsweise drucklosen Anlage des Sterns an dem Joch und/oder einer nicht starren Verbindung Schwingungen des Jochs bezüglich des Sterns gedämpft oder zumindest nicht in der gleichen Weise übertragen, wie das bei einer starren Verbindung zwischen dem Joch und dem Stern der Fall ist.
Vorteilhafterweise ist der dem Joch zugewandte Teil der Zähne entsprechend der Form des Jochs geformt, so dass sich eine vergleichsweise große Kontaktfläche ergibt. Ist die den Zähnen zugewandte Oberfläche des Jochs beispielsweise gekrümmt, so sind die dem Joch zugewandten Bereiche der Zähne ebenfalls in dem gleichen Maße gekrümmt. Geeigneterweise ist das Joch und/oder die Zähne nicht nur im Bereich der Kontaktfläche aufgerauht, sondern auch in die Kontaktfläche umgebenden Bereichen. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen ausgeglichen oder die Positionierung des Jochs bezüglich des Sterns bei der Montage verändert werden.
Die Magnetstruktur ist beispielsweise Bestandteil eines Rotors der elektrischen Maschine oder besonders bevorzugt Bestandteil eines Stators der elektrischen Maschine. Zweckmäßigerweise ist hierbei um jeden der Zähne zumindest eine Spule gewickelt. Bei einer Bestromung der Spulen wird ein Magnetfeld erzeugt, das durch den jeweiligen Zahn, das Joch, einen weiteren Zahn und einem verbleibenden Teil des Sterns erneut zu dem ursprünglichen Zahn geführt wird. Die elektrische Maschine, die die Magnetstruktur aufweist, ist vorzugsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und wird insbesondere als ein Verstellantrieb eingesetzt. Beispielsweise wird mittels der als Elektromotor wirkenden elektrischen Maschine eine Lenkung unterstützt. Folglich ist der Elektromotor Bestand einer Servolenkung oder eines Getriebeaktuator.
Geeigneterweise ist die dem Stern zugewandte Oberfläche des Jochs und/oder die dem Joch zugewandte Oberfläche des Sterns, insbesondere die dem Joch zugewandten Oberflächen der Zähne, strukturlos. Die erhöhte Rauhheit im Bereich der Kontaktfläche wird hierbei nicht als Struktur verstanden. Vielmehr weisen die Oberflächen keine Ausnehmungen oder Erhebungen, wie eine Nut oder dergleichen auf. Die Oberfläche bzw. sind die Oberflächen sind somit ebenmäßig geformt, insbesondere ist die dem Stern zugewandte Oberfläche des Jochs eine Zylindermantelfläche, deren Radius bezüglich einer Maschinenachse stets konstant ist. Zweckmäßigerweise sind dabei die Freienden der Zähne abgerundet, wobei der Grad der Abrundung dem Radius der Zylindermantelfläche entspricht. Aufgrund des Fehlens jeglicher weiterer Befestigungsstrukturen ist es ermöglicht, das Joch bezüglich des Sterns im Wesentlichen beliebig zu positionieren. Auch können aufgrund des Fehlens von ineinander greifenden Strukturen die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Jochs und des Sterns erhöht werden.
Beispielsweise ist der Stern innerhalb des Jochs angeordnet. Mit anderen Worten umgibt das Joch den Stern. Zweckmäßigerweise ist hierbei die elektrische Maschine als Innenläufer ausgelegt und die Magnetstruktur Bestandteil des Stators der elektrischen Maschine. Auf diese Weise ist es ermöglicht, den dem Rotor zugewandten Teil der Magnetstruktur vergleichsweise filigran zu fertigen und somit den Abstand zwischen Rotor und Stator vergleichsweise klein zu halten, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht. Insbesondere verlaufen die Zähne des Sterns radial nach außen und die Freienden der Zähne bilden die äußersten Bereiche des Sterns. Besonders bevorzugt umgibt das Joch den Stern vollständig. Das Joch ist somit umfangsseitig geschlossen. Aufgrund des Fehlens von Unterbrechungen des Jochs ist eine Lenkung des Magnetfelds verbessert.
Zweckmäßigerweise ist das Joch aus einzelnen Blechen gefertigt, die übereinander gestapelt sind, wobei die Stapelung entlang der axialen Richtung des Jochs erfolgt. Die einzelnen Bleche sind insbesondere gegeneinander elektrisch isoliert. Geeigneterweise ist die Form der Bleche rotationssymmetrisch, was die Fertigung des Blechpakets erleichtert. Beispielsweise ist das Material der einzelnen Bleche Weicheisen. Aufgrund der Ausführung als Blechpaket werden sich innerhalb des Jochs ausbildende Wirbelströme unterbunden, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Stern ebenfalls als Blechpaket ausgeführt, wobei die einzelnen Ausgestaltungsmerkmale insbesondere denen des Jochs entsprechen. Zum Beispiel sind die Bleche des Sterns rotationssymmetrisch, gegeneinander elektrisch isoliert und/oder aus Weicheisen.
Geeigneterweise sind die Bleche des Sterns in tangentialer Richtung versetzt. Mit anderen Worten schließen die Bleche zueinander einen Winkel ein, wobei der Scheitelpunkt des Winkels auf der Achse der elektrischen Maschine liegt. Insbesondere sind jeweils zueinander benachbarte Bleche in tangentialer Richtung versetzt. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die Freienden der Zähne des vollständigen Sterns im Vergleich zur Ausgestaltung der Freienden der die Zähne bildenden Bereiche der einzelnen Bleche zu formen. Insbesondere ist der Versatz vergleichsweise gering, beispielsweise kleiner als 5°, 2° oder 1°. Auf diese Weise ist im Bereich der Kanten der Zähne eine Struktur geschaffen, die zur Erhöhung der Rauheit beiträgt und folglich eine Verhakung des Sterns mit dem Joch verstärkt. Dies führt zu einer erhöhten Festigkeit der Magnetstruktur. Auch wird der Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine geglättet.
Die elektrische Maschine weist eine Magnetstruktur auf, die einen Stern mit einer Anzahl Zähne und ein Joch umfasst. Das Joch ist in direktem mechanischen Kontakt mit den Zähnen über eine Kontaktfläche, wobei die Kontaktfläche aufgerauht ist. Hierbei ist entweder das Joch, die Zähne oder beide in dem entsprechenden Bereich aufgerauht. Die Magnetstruktur ist insbesondere ein Bestandteil eines Stators der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine dient geeigneterweise dem Verbringen eines Verstellteils eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird die elektrische Maschine zur Unterstützung der Lenkung des Kraftfahrzeugs herangezogen und ist geeigneterweise Bestandteil einer sogenannten Servolenkung.
Das Verfahren zur Herstellung einer Magnetstruktur einer elektrischen Maschine sieht vor, dass in einem ersten Schritt ein Stern mit einer Anzahl Zähne erstellt wird. Der Stern weist geeigneterweise einen Ring auf, an dem die Zähne radial nach außen verlaufend angebracht sind. Zweckmäßigerweise sind die Zähne einstückig mit dem Ring. In einem sich daran anschließenden Arbeitsschritt wird um jeden Zahn eine Spule gewickelt. Das Material der Spule ist zweckmäßigerweise lackierter Kupfer- oder Aluminiumdraht. Beispielsweise wird zusätzlich zu jeder der Spulen, die um jeden der Zähne gewickelt ist, eine weitere oder mehrere Spulen gewickelt, sodass jeder Zahn zwei oder mehrere Spulen aufweist.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Stern in ein Joch eingeführt. Dies erfolgt insbesondere in axialer Richtung des Jochs, und das Joch umgibt zweckmäßigerweise den Stern. Während des Einführens ist vorzugsweise das Joch von dem Stern beabstandet. Auf diese Weise wird der Stern nicht abgeschert, wie es bei einem Kontakt zwischen den beiden der Fall wäre. Zweckmäßigerweise besteht zwischen dem Stern und dem Joch eine Spielpassung oder der Abstand zwischen den beiden ist größer. In einem weiteren Arbeitsschritt wird das Joch bezüglich dem Stern geschrumpft, bis das Joch an dem Stern anliegt. Hierfür wird beispielsweise die radiale Ausdehnung des Jochs verringert oder aber die radiale Ausdehnung des Sterns erhöht, wobei auch eine Kombination der beiden Arten möglich ist. Beispielsweise wird das Joch vor Einführen der Spule erwärmt und nach Positionierung des Sterns innerhalb des Jochs erneut abgekühlt. Alternativ wird der Stern vor Einführen in das Joch gekühlt und aufgewärmt, sobald sich der Stern innerhalb des Jochs befindet. Zweckmäßigerweise liegt nach der Schrumpfung der Stern drucklos an dem Joch an. Ein derartiges Verfahren erlaubt einerseits eine vergleichsweise einfache Fertigung der Magnetstruktur. Andererseits wird keine der Komponenten der Magnetstruktur bei der Montage beschädigt.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Magnetstruktur einer elektrischen Maschine, das beispielsweise in Kombination zu dem vorherigen Verfahren erfolgt, sieht vor, dass in einem ersten Arbeitsschritt ein Stern mit einer Anzahl Zähnen erstellt wird. Die Zähne verlaufen hierbei vorzugsweise in radialer Richtung. Um jeden der Zähne wird zumindest eine Spule gewickelt, wobei das Material der Spule insbesondere lackierter Kupferdraht ist. In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Stern in axialer Richtung in ein Joch eingeführt, das beispielsweise nach Art eines Rings gestaltet ist. Vorzugsweise erfolgt das Einführen drucklos. Mit anderen Worten wirken bei dem Einführen zwischen dem Stern und dem Joch keine oder nur vergleichsweise Kräfte in radialer Richtung. Zweckmäßigerweise liegt der Stern an dem Joch an, insbesondere die Zähne des Sterns. Während des Einführens des Sterns in das Joch wird das Joch bezüglich des Sterns vibrierend bewegt. Mit anderen Worten wird das Joch, der Stern oder sowohl das Joch als auch der Stern vibriert. Aufgrund des Vibrierens lösen sich Verhakungen zwischen dem Stern und dem Joch, die während des Einführens entstehen, in behutsamer Weise. In Folge dessen werden die beiden Bauteile der elektrischen Maschine nicht beschädigt und es ist nicht erforderlich eine vergleichsweise große Kraft auf den Stern in axialer Richtung auszuüben, die anderweitig zu einer Zerstörung des Sterns, insbesondere von dessen Oberflächenstruktur, führen könnte.
Vorzugsweise werden die Kontaktflächen, an denen die Zähne im Montagezustand an dem Joch anliegen vor dem Einführen des Sterns in das Joch aufgerauht. Beispielsweise wird das Joch an dessen Innenseite vollständig aufgerauht oder lediglich die Bereiche, die in vollständig montiertem Zustand in direktem mechanischen Kontakt mit den Zähnen stehen. Alternativ werden die Zähne in dem Bereich der Anlage an dem Joch aufgerauht.
Besonders bevorzugt weist das Werkzeug zur Herstellung des Jochs und/oder des Sterns eine zur Bereitstellung der Rauheit geeignete Formgebung auf. Insbesondere werden der Joch und/oder der Stern aus einzelnen Blechen gefertigt, die mittels Stanzen erstellt werden. Hierbei wird beispielsweise eine Rändelstruktur in die einzelnen Bleche eingestanzt. In Folge der Aufrauhung kann eine Schrumpfung des Jochs bezüglich des Sterns vergleichsweise gering ausfallen, da aufgrund des Verhakens des Jochs mit den Zähnen im mikrostrukturellen Bereich eine vergleichsweise stabile Verbindung zwischen dem Stern und dem Joch erstellt wird.
Aufgrund des Vibrierens beim Einführen des Jochs bezüglich des Sterns werden Verhakungen zwischen dem Joch und dem Stern solange gelöst, bis der Stern an der gewünschten Position bezüglich des Jochs ist. Im Anschluss hieran wird das Vibrieren eingestellt. Die Aufrauhung der Kontaktflächen erfolgt zweckmäßigerweise mittels Sandstrahlen. Insbesondere wird hierbei ein vergleichsweise großer Bereich des Jochs bzw. des Sterns aufgerauht, so dass auch angrenzende Bereiche zu den Kontaktflächen eine erhöhte Rauhigkeit aufweisen. In Folge dessen ist eine vergleichsweise hohe Wahl an Fertigungstoleranz ermöglicht. Alternativ hierzu werden die Kontaktflächen graviert, bestrahl, erodiert, gelasert oder gebürstet und somit die erhöhte Rauhigkeit bereitgestellt. Hierbei ist eine vergleichsweise scharfe Trennung zwischen dem aufgerauhten Bereich und weiteren Bereichen möglich.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Stern aus übereinander geschichteten Blechen erstellt, die im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen. Die Schichtung erfolgt hierbei in axialer Richtung der elektrischen Maschine. Einander benachbarte Bleche sind um einen Winkel zueinander verdreht, also in tangentialer Richtung zueinander versetzt. Der Winkel ist hierbei vergleichsweise klein, insbesondere kleiner als 5°, 2°, 1° und zweckmäßigerweise kleiner oder gleich 0,5°. In Folge dessen weisen die Kanten der Zähne in axialer Richtung eine Struktur auf, die sich mit der Oberfläche des Jochs verhakt und somit eine erhöhte Stabilität der Magnetstruktur ergibt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine herkömmliche Magnetstruktur einer elektrischen Maschine in einer Schnittdarstellung,
2 eine erfindungsgemäße Magnetstruktur gemäß 1,
3 eine weitere Ausführungsform der Magnetstruktur gemäß 2,
4 weitere Ausführungsformen,
5 ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Magnetstruktur, und
6 ein weiteres Verfahren.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einem Querschnitt senkrecht zu einer Motorachse 2 eine herkömmliche Magnetstruktur 4 eines Elektromotors 6 gezeigt. Der Elektromotor 6 ist ein Innenläufer mit einem nicht gezeigten Rotor, der um die Motorachse 2 rotiert. Der Rotor wird von einem Stator 8 umfangsseitig umgeben, der die Magnetstruktur 4 aufweist. Die Magnetstruktur umfasst ein Joch 10, das einen Stern 12 mit einer Anzahl radial verlaufender Zähne 14 umgibt. Um jeden Zahn 14 ist eine Spule 16 gewickelt, die aus einem Lackdraht gefertigt sind. Jeder der Zähne 14 ist freiendseitig angespitzt und liegt in einer entsprechenden Nut des Jochs 10 ein. Auf diese Weise ist eine Verbindung zwischen dem Stern 12 und dem Joch 10 geschaffen. Zwischen benachbarten Zähnen 14 weist der Stern Brücken 19 auf.
In 2 ist der erfindungsgemäße Elektromotor 6 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Motorachse 2 gezeigt. Das Joch 10 der Magnetstruktur 4 ist als ein Hohlzylinder ohne jegliche Strukturen an dessen Innenseite ausgeführt. So fehlt dem Joch 10 in Vergleich zu dem in 1 gezeigten die Nuten 18. Das Joch 10 ist aus übereinander gestapelten und gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut. Mit anderen Worten ist das Joch 10 aus einem Blechpaket gebildet. Die Dicke des Jochs 10 also die Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des Jochs 10 bezüglich der Motorachse 2 ist geringer als die in 1 gezeigte Dicke.
Der Querschnitt des Sterns 12 weist einen innen liegenden Ring auf, an dem radial verlaufende Zähne 14 mit deren jeweiligen Freiende angeformt sind. Die Dicke des innen liegenden Rings und der Brücken 19 ist hierbei ebenfalls geringer als die des in 1 gezeigten. Um jeden der Zähne 14 ist wiederum eine Spule 16 aus Lackdraht gewickelt, und der Stern 12 ist aus in Richtung der Motorachse 2 übereinander gestapelten Blechen gebildet. Die Kontaktflächen 20, an denen der Stern 12 mittels der Zähne 14 an dem Joch anliegt, sind aufgerauht. Hierbei ist die Innenseite 22 des Jochs 10 in diesem Bereich mittels Gravieren aufgerauht worden. Folglich weist die Innenseite 22 des Jochs zwei unterschiedliche Rauhheitsgrade auf, nämlich einmal einen vergleichsweise geringen und einmal einen vergleichsweise hohen im Bereich der Kontaktflächen 20. Ebenso sind die Zähne 14 an deren Freiende mittels Gravieren aufgerauht worden. In Folge dessen verhaken sich die Zähne 14 mit dem Joch 10 im mikrostrukturellen Bereich und es ist eine Verbindung zwischen dem Joch 10 und dem Stern 12 geschaffen, bei der vergleichsweise geringe radiale Kräfte wirken. Die Freienden der Zähne 14 sind hierbei entsprechend der Innenseite 22 des Jochs 10 gewölbt, so dass eine vergleichsweise große Kontaktfläche 20 gebildet ist.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Magnetstruktur 4 gezeigt. Im Vergleich zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist hierbei die Innenseite 22 des Jochs vollständig aufgerauht worden. Dies erfolgte mittels Sandstrahlen bevor der Stern 12 in das Joch 10 eingesetzt wurde. Aufgrund der vollflächigen Aufrauhung der Innenseite 22 des Jochs 10 ist eine Montage des Sterns 12 vereinfacht, da auf dessen Ausrichtung bezüglich des Jochs 10 nicht geachtet werden muss. Ferner ist bei einer ungewünschten Positionsänderung des Sterns 12 bezüglich des Jochs 10 in tangentialer Richtung, also bei einer Rotation um die Motorachse 2 wiederum ein erneutes Verhaken des Sterns 12 mit dem Joch 10 ermöglicht, was die Betriebssicherheit des Elektromotors 6 erhöht. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante würden die Freienden 14 auf die glatten Bereiche der Innenseite 22 stoßen, und somit die Haftung zwischen dem Stern 12 und dem Joch 10 aufgehoben werden.
In 4 sind mehrere Ausgestaltungen des Sterns 12 ausschnittsweise in einem Längsschnitt entlang der Motorachse 2 gezeigt. Die einzelnen Bleche 24, die den Stern 12 bilden, sind identisch und zueinander in tangentialer Richtung versetzt. Die Versetzung erfolgt beispielsweise stets um den gleichen Winkel in eine Richtung, so dass sich bei einer Draufsicht eine Treppenstruktur der einzelnen Zähne 14 ergibt. Alternativ sind die Bleche stets um den gleichen Betrag zueinander jedoch mit alternierendem Vorzeichen versetzt. Bei der letzten gezeigten Ausführungsform, in der 4 rechts dargestellt, sind die einzelnen Bleche im Wesentlichen zufällig bezüglich des jeweils benachbarten Bleches versetzt, wobei der Winkel einen bestimmten Wert nicht überschreitet. In Folge dieser Schichtungen der Bleche 24 sind die Kanten 26 der Zähne 14, an denen die Spulen 16 anliegen, nicht parallel zur Motorachse 2 und weisen eine vergrößerte Länge im Vergleich zu einer Schichtung ohne einen tangentialen Versatz auf. Aufgrund der unregelmäßigen Struktur und der vergrößerten Länge der Kanten 26 ist ein Verhaken zwischen dem Stern 12 und dem Joch 10 verbessert.
In 5 ist ein erstes Verfahren 28 zur Herstellung der Magnetstruktur 4 gezeigt. In einem ersten Arbeitsschritt 30 wird der Stern 12 mittels Aufschichten der Bleche 24 erstellt, wobei die Bleche 24 zueinander um einen bestimmten Winkel zueinander versetzt werden. In einem weiteren Arbeitsschritt 32, der parallel zu dem Sternerstellungsschritt 30 erfolgen kann, wird das Joch 10 ebenfalls mittels Schichten einzelner Bleche erstellt. In einem Wickelschritt 34 wird um jeden der Zähne 14 jeweils eine der Spulen 16 gewickelt, und in einem ersten Aufrauhschritt 36 werden die Freienden der Zähne 14 mittels Sandstrahlen aufgerauht. Die Reihenfolge des ersten Aufrauhschritts 36 und des Wickelschritts 34 können alternativ auch vertauscht sein.
In einem zweiten Aufrauhschritt 38 wird die Innenseite 22 des Jochs 10 mittels Sandstrahlen vollflächig aufgerauht. In einem sich anschließenden Fügeschritt 40 wird der Stern 12 in tangentialer Richtung in das Joch 10 in Richtung der Motorachse 2 eingeführt, wobei das Joch 10 fest eingespannt und der Stern 12 bezüglich des Jochs vibrierend bewegt wird. In Folge der Vibration lösen sich etwaige Verhakungen der Kontaktflächen 20 bis die Position des Sterns 12 bezüglich des Jochs 10 der gewünschten Position entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird das Vibrieren eingestellt und das Joch 10 aus der Einspannung gelöst.
In 6 ist ein weiteres Verfahren 42 in einem Flussdiagramm schematisch dargestellt. Der Sternerstellungsschritt 30, der Jocherstellungsschritt 32 und der Wickelschritt 34 entsprechen dem in 5 gezeigten Verfahren 28. An den Wickelschritt 34 schließt sich ein Abkühlschritt 44 an, bei dem der Stern 12 abgekühlt wird. Die Temperatur, auf die der Stern 12 abgekühlt wird, ist hierbei vorzugsweise unter 0°C und insbesondere kleiner –10°C. Das Joch 10 wird in einem dritten Aufrauhschritt 46 im Bereich der Kontaktflächen 20 mittels Gravieren aufgerauht. An den dritten Aufrauhschritt 46 schließt sich in einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung, ein Erwärmungsschritt an, bei dem das Joch 10 erwärmt wird. In Folge der Erwärmung dehnt sich das Joch 10 aus.
In einem Fügeschritt 48 wird der Stern 12 in axialer Richtung in das Joch 10 eingeführt. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Joch 10 und dem Stern 12 herrscht hierbei zwischen beiden eine Spielpassung, so dass der Stern 12 ohne großen Kraftaufwand in das Joch 10 gleitet. Nach Positionierung des Sterns 12 innerhalb des Jochs 10 wird in einem Temperaturausgleichsschritt 50 die Temperatur des Jochs 10 der Temperatur des Sterns 12 angepasst, wobei der Stern 12 auf die Temperatur des Jochs 10 aufgewärmt wird. Sofern der Aufwärmschritt vorhanden ist, wird das Joch 10 auf die Temperatur des Sterns 12 abgekühlt. In Folge dessen dehnt sich der Stern 12 aus bzw. schrumpft das Joch 10 und der Stern 12 liegt an dem Joch 10 an, wobei dies vergleichsweise drucklos erfolgt. Aufgrund der Aufrauhung des Jochs 10 ist eine vergleichsweise stabile Verbindung zwischen dem Stern 12 und dem Joch 10 geschaffen und etwaige Vibrationen des Jochs 10 bezüglich des Sterns 12 beim Betrieb des Elektromotors 6 werden nicht oder nur gedämpft an den Stern 12 übertragen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Motorachse
4: Magnetstruktur
6: Elektromotor
8: Stator
10: Joch
12: Stern
14: Zahn
16: Spule
18: Nut
20: Kontaktfläche
22: Oberfläche
24: Blech
26: Kante
28: Verfahren
30: Sternerstellung
32: Jocherstellung
34: Wickelschritt
36: erster Aufrauhschritt
38: zweiter Aufrauhschritt
40: Fügeschritt
42: Verfahren
44: Abkühlschritt
46: dritter Aufrauhschritt
48: Fügeschritt
50: Temperaturausgleichsschritt

Claims

Magnetstruktur (4) einer elektrischen Maschine (6), insbesondere Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem eine Anzahl Zähne (14) aufweisenden Stern (12) und mit einem Joch (10), das in direktem mechanischen Kontakt mit den Zähne (14) ist, wobei die Kontaktfläche (20) zwischen dem Joch (10) und den Zähnen (14) aufgerauht ist.
Magnetstruktur (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Stern (12) zugewandte Oberfläche (22) des Jochs (10) und/oder die dem Joch (10) zugewandte Oberfläche des Sterns (12) strukturlos ist.
Magnetstruktur (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stern (12) innerhalb des Jochs (10) angeordnet ist.
Magnetstruktur (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (10) den Stern (12) vollumfänglich umgibt.
Magnetstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stern (12) und/oder das Joch (10) aus einem Blechpaket gebildet ist.
Magnetstruktur (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Bleche (24) des Sterns (12) in tangentialer Richtung versetzt sind.
Elektrische Maschine (6), insbesondere Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer Magnetstruktur (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren (42) zur Herstellung einer Magnetstruktur (4) einer elektrischen Maschine (6), wobei – ein Anzahl Zähne (14) aufweisenden Stern (12) erstellt wird, – um jeden Zahn (14) eine Spule (16) gewickelt wird, – der Stern (12) in ein Joch (10) eingeführt wird, insbesondere mit zumindest Spielpassung, und – das Joch (10) bezüglich dem Stern (12) geschrumpft wird, bis das Joch (10) an dem Stern (12) anliegt.
Verfahren (28) zur Herstellung einer Magnetstruktur (4) einer elektrischen Maschine (6), wobei – ein Anzahl Zähne (14) aufweisenden Stern (12) erstellt wird, – um jeden Zahn (14) eine Spule (16) gewickelt wird, – der Stern (12) in axialer Richtung in ein Joch (10) eingeführt wird, wobei das Joch (10) bezüglich des Sterns (12) vibrierend bewegt wird.
Verfahren (28, 42) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kontaktflächen (20) zwischen dem Joch (10) und den Zähnen (14) vor dem Einführen des Sterns (12) in das Joch (10) aufgerauht werden, insbesondere mittels Sandstrahlen oder Gravieren, und/oder wobei der Stern (12) aus übereinander gestapelten Blechen (24) erstellt wird, wobei benachbarte Bleche (24) zueinander in tangentialer Richtung versetzt sind.