DE102014111241A1

DE102014111241A1 - Blech- oder Sinterteil für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014111241A1
Application number: DE102014111241.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Fahrenbach
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: Fahrenbach Juergen De
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-02-11
Also published as: US20170237303A1; CN106797167A; WO2016020120A3; WO2016020120A2; EP3178150A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Blech- oder Sinterteil (10) für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blech- oder Sinterteils (10). Das Blech- oder Sinterteil 10 weist ein Verbindungsteil (11) auf, von dem regelmäßig beabstandete Zähne (12) wegragen. An dem freien Ende weist jeder Zahn (12) einen Zahnkopf (14) auf, der über einen Zahnsteg (13) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden ist. Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment (22) sowie wenigstens ein zweites Zahnsegment (23). Die Zahnsegmente sind aus unterschiedlichen magnetisierbaren Materialien (M1, M2) hergestellt. Auf diese Weise können die Materialien (M1, M2) gezielt hinsichtlich ihrer magnetischen und/oder mechanischen Eigenschaften in dem Bereich des Zahns (12) eingesetzt werden, wo sie das magnetisch und/oder mechanische Verhalten des Zahns (12) und mithin des Blech- oder Sinterteils (10) optimieren können. Insbesondere ist am Zahnkopf (14) wenigstens ein erstes Zahnsegment (22) vorhanden, dessen Sättigungsmagnetisierung BS1 größer ist als die des übrigen Blech- oder Sinterteils (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Blech- oder Sinterteil für einen Stator bzw. Ständer oder einen Rotor bzw. Läufer einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors. Dieses Blech- oder Sinterteil kann entsprechend auch als Läuferblech bzw. Statorblech bezeichnet werden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blech- oder Sinterteils. Der Läufer kann um eine Drehachse rotieren (Rotor) oder sich im Falle einer translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine linear entlang dem Stator oder Ständer bewegen.
Es ist bekannt, Blechpakete aus einer Mehrzahl von Blech- oder Sinterteilen durch Stanzpaketieren, Kleben oder dergleichen miteinander zu verbinden. Ein solches Blechpaket ist dann Bestandteil eines Läufers bzw. Rotors oder eines Stators eines Elektromotors.
Jedes Blech- oder Sinterteil hat ein Verbindungsteil, von dem aus sich mehrere Zähne wegerstrecken. Für eine rotatorisch betriebene elektrische Maschine ist das Verbindungsteil in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse geschlossen als Ringteil ausgeführt. Die Zähne erstrecken sich vom Verbindungsteil radial zur Drehachse entweder nach außen oder nach innen. Bei einer elektrischen Maschine, bei der sich der Läufer translatorisch auf einer Bewegungsbahn entlang des Stators bewegt, erstreckt sich das Verbindungsteil vorzugsweise geradlinig oder auch gekrümmt und die Zähne ragen vorzugsweise rechtwinkelig zur Bewegungsrichtung des Läufers vom Verbindungsteil weg und sind insbesondere parallel zueinander ausgerichtet.
Am freien Ende jedes Zahns ist ein Zahnkopf vorhanden, der über einen Zahnsteg mit dem Verbindungsteil verbunden ist. Der Zahnkopf hat eine Zahnkopffläche, aus der die Magnetfeldlinien aus dem Blech- oder Sinterteil austreten.
Es wurden schon vielfach Versuche unternommen, die Effizienz von elektrischen Maschinen durch Optimierung der Blech- oder Sinterteile bzw. der aus den Blech- oder Sinterteilen hergestellten Blechpakete zu verbessern.
Beispielsweise schlägt DE 10 2012 213 239 A1 vor, zwei unterschiedliche Sorten von Blech- oder Sinterteilen zu verwenden und diese Blechteile im Blechpaket abwechselnd aufeinander zu stapeln. Die unterschiedlichen Blechteile sind aus verschiedenen Materialien hergestellt. Ein Blechteil kann aus einer Nickel-Eisen-Legierung und das andere Blechteil aus einer Eisen-Kobalt-Legierung bestehen. Dadurch sollen Blechteile mit einerseits niedriger Verlustziffer und andererseits mit hoher Sättigungsflussdichte zu einem Blechpaket kombiniert werden.
In DE 10 2010 049 178 A1 wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die den Betrieb in einem großen Drehzahlbereich ermöglichen soll. Insbesondere sollen die Anteile des Statorstroms bei hohen Drehzahlen reduziert werden. Hierzu soll der Rotor ein Mittel zur Einstellung einer magnetischen Feldstärke bzw. einer Flussdichte des Statoranteils des vom Rotor erzeugten Erregerfeldes aufweisen. Dazu kann der magnetische Widerstand innerhalb des Rotors durch eine Aussparung bzw. ein in die Aussparung eingesetztes Einschubelement verändert werden.
Es ist auch bekannt, die Effizienz einer elektrischen Maschine durch die Kontur bzw. Geometrie der Blechteile, die das Blechpaket des Stators oder des Läufers bilden, zu optimieren. Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese Optimierungsversuche an ihre Grenzen stoßen.
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Blech- oder Sinterteil zu schaffen, mit dem sich eine verbesserte elektrische Maschine herstellen lässt.
Die Aufgabe wird durch die Schaffung eines Blech- oder Sinterteils für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen Blech- oder Sinterteils ist im Patentanspruch 16 angegeben.
Das Blech- oder Sinterteil wird dazu verwendet, ein Paket bzw. Blechpaket eines Stators oder eines Läufers zu schaffen. Eine elektrische Maschine kann somit im Läufer und/oder im Stator ein Paket bzw. Blechpaket aus jeweils mehreren erfindungsgemäßen Blech- oder Sinterteilen aufweisen. Das Blech- oder Sinterteil weist für eine rotatorisch arbeitende elektrische Maschine ein sich in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse ringförmig geschlossenes Verbindungsteil aufweisen. Von dem Verbindungsteil ragen mehrere Zähne weg. Die Zähne sind in Umfangsrichtung um die Drehachse mit gleich großen Abständen verteilt angeordnet.
Das Blech- oder Sinterteil weist für eine translatorisch arbeitende elektrische Maschine (z.B. Linearantrieb) ein sich geradlinig oder gekrümmt entlang der Bewegungsbahn eines Läufers erstreckendes Verbindungsteil auf, von dem die Zähne mit vorzugsweise gleich großen Abständen weg erstrecken.
Die Zähne haben einen Zahnsteg, der mit dem Verbindungsteil verbunden ist. An dem dem Verbindungsteil entgegengesetzten freien Ende jedes Zahns ist ein Zahnkopf vorhanden. In Einbaulage beim Betrieb der elektrischen Maschine treten an dem Zahnkopf Magnetfeldlinien aus bzw. ein, insbesondere an einer Zahnkopffläche, deren eine Erstreckungskomponente in Umfangsrichtung um die Drehachse und deren andere Erstreckungskomponente entlang der Drehachse verläuft (rotatorisch arbeitende Maschine). Die Zahnkopffläche weist bei einem Blech- oder Sinterteil für eine translatorisch arbeitende Maschine vom Verbindungsteil weg und hat eine Erstreckungskomponente in Bewegungsrichtung des Läufers und eine andere Erstreckungskomponente rechtwinkelig dazu.
Erfindungsgemäß besteht jeder Zahn aus wenigstens zwei verschiedenen magnetisierbaren Materialien. Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment aus einem magnetisierbaren ersten Material und wenigstens ein zweites Zahnsegment aus einem magnetisierbaren zweiten Material. Die beiden magnetisierbaren Materialien unterscheiden sich voneinander. Dadurch ist es möglich, diejenigen Teile eines Zahns, in denen sich beim Betrieb der elektrischen Maschine zumindest zeitweise ein Magnetfeld mit einer großen magnetischen Flussdichte ausbildet, aus einem Material herzustellen, das eine entsprechend große Sättigungsmagnetisierung aufweist. Solche Materialien mit einer großen Sättigungsmagnetisierung sind in der Regel teuer. Außerdem weisen sie in einigen Fällen keine ausreichende magnetische Permeabilität bzw. keine ausreichende mechanische Stabilität auf. Andere magnetisierbare Materialien wiederum sind zwar mechanisch ausreichend stabil und/oder haben eine hohe magnetische Permeabilität, weisen jedoch wiederum eine niedrige Sättigungsmagnetisierung auf. Durch die erfindungsgemäß Ausgestaltung der Zähne mit jeweils wenigstens einem ersten Zahnsegment und wenigstens einem zweiten Zahnsegment aus verschiedenen Materialien, können die Materialien gezielt hinsichtlich ihrer magnetischen und/oder mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften in dem räumlichen Segment des Zahns eingesetzt werden, um insgesamt im Hinblick auf die magnetischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften ein verbessertes Blech- oder Sinterteil zu erhalten.
Als erstes Material kann beispielsweise eine Eisenlegierung mit einem Anteil von mindestens 45% oder mindestens 50% Kobalt verwendet werden. Es können auch Eisenlegierungen mit Nickelanteilen und/oder Molybdänanteilen verwendet werden.
Als zweites Material für das zweite Zahnsegment werden vorzugsweise sogenannte „Mu-Metalle“ oder Eisenlegierungen mit Nickelbestandteilen und/oder Siliziumbestandteilen verwendet.
Das Verbindungsteil des Blech- oder Sinterteils kann aus dem gleichen Material hergestellt sein wie das zweite Zahnsegment.
Sowohl bei dem ersten Material, als auch bei dem zweiten Material handelt es sich vorzugsweise um ein weichmagnetisches Material. Insbesondere ist das gesamte Blech- oder Sinterteil aus zwei oder mehr weichmagnetischen Materialien hergestellt.
Vorzugsweise weist das erste Material eine größere Sättigungsmagnetisierung auf als das zweite Material. Die Sättigungsmagnetisierung des ersten Materials kann beispielsweise mindestens 2,0 T oder 2,3 T oder 2,5 T oder 3,0 T betragen. Die Sättigungsmagnetisierung des zweiten Materials beträgt vorzugsweise maximal als 1,0 T.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die relative Permeabilität des ersten Materials kleiner als die des zweiten Materials. Beispielsweise hat das erste Material eine relative Permeabilität von höchstens 20.000. Die relative Permeabilität des zweiten Materials kann zumindest 30.000 sein und bei einem Ausführungsbeispiel im Bereich von 100.000 bis 200.000 liegen.
Vorzugsweise ist der Volumenanteil des ersten Materials eines Zahns kleiner als der Volumenanteil des zweiten Materials desselben Zahns.
Das erste Zahnsegment bildet bei einem Ausführungsbeispiel zumindest einen Teil des Zahnkopfes. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der gesamte Zahnkopf durch das erste Zahnsegment gebildet sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Zahnkopf ein Zahnsegment aufweisen, das zumindest einen Teil der Zahnkopffläche aufweist, aus dem die Magnetfeldlinien beim Betrieb der elektrischen Maschine austreten bzw. eintreten.
In Umfangsrichtung um die Drehachse betrachtet oder in Bewegungsrichtung des Läufers betrachtet kann der Zahnkopf zwei gegenüberliegende Endabschnitte haben. Zumindest einer dieser beiden Endabschnitte kann durch ein erstes Zahnsegment gebildet sein und mithin aus einem ersten Material bestehen. Im Bereich dieser Endabschnitte kann sich beim Drehen des Läufers relativ zum Stator eine betragsmäßig große magnetische Flussdichte ausbilden. Es ist daher vorteilhaft, in zumindest einem dieser Endabschnitt ein erstes Zahnsegment vorzusehen, das aus einem Material mit einer großen Sättigungsmagnetisierung besteht.
Wenn die elektrische Maschine in beide Bewegungs- bzw. Drehrichtungen gleichermaßen ein hohes Antriebs- bzw. Drehmoment aufweisen soll, ist es vorteilhaft, beide Endabschnitte des Zahnkopfes durch jeweils ein erstes Zahnsegment zu bilden. Bei elektrischen Maschinen, die mit einem großen Drehmoment lediglich oder hauptsächlich in eine Antriebs- bzw. Drehrichtung betrieben werden, kann es ausreichend sein, lediglich einen Endabschnitt des Zahnkopfes durch ein erstes Zahnsegment zu bilden.
Es ist möglich, den Zahn im Hinblick auf die verwendeten Materialien unsymmetrisch zu einer Längsmittelebene oder symmetrisch zu der Längsmittelebene auszuführen. Die Längsmittelebene ist durch eine Radialebene gebildet, die sich mittig durch den Zahn oder Zahnsteg erstreckt. Wenn beispielsweise nur ein einziges erstes Zahnsegment vorhanden ist, so kann der Zahn dadurch unsymmetrisch zur Längsmittelebene ausgeführt sein, dass dieses erste Zahnsegment nicht symmetrisch zu der Längsmittelebene angeordnet ist.
Wenn zwei oder mehr erste Zahnsegmente vorhanden sind, kann der Zahn symmetrisch oder auch unsymmetrisch zu der Längsmittelebene ausgeführt sein. Eine unsymmetrische Ausführung mit zwei ersten Zahnsegmenten ist beispielsweise dann erreicht, wenn die beiden auf gegenüberliegenden Seiten der Längsmittelebene angeordneten ersten Zahnsegmente eine unterschiedliche Form und/oder Größe aufweisen.
Vorzugsweise bildet das zweite Zahnsegment zumindest einen Teil des Zahnstegs. Insbesondere ist zumindest ein Abschnitt zwischen dem Verbindungsteil und dem Zahnkopf des Zahnstegs durch das zweite Zahnsegment gebildet.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verbindungsteil und das zweite Zahnsegment und/oder der Zahnsteg aus demselben Material bestehen. Dadurch ist es möglich, die Zahnstege der Zähne und das Verbindungsteil beim Herstellen des Blechoder Sinterteils gleichzeitig herzustellen, beispielsweise durch Heraustrennen aus einem Ausgangsblech. Es ist ferner möglich, dass ein in Umfangsrichtung um die Drehachse oder in Bewegungsrichtung des Läufers betrachtet betrachtet mittlerer Abschnitt des Zahnkopfes aus demselben Material besteht wie der Zahnsteg und/oder das Verbindungsteil.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass das Verbindungsteil aus einem magnetisierbaren dritten Material besteht, das sich von dem ersten und dem zweiten Material unterscheidet. Dadurch lässt sich das Blech- oder Sinterteil im Hinblick auf seine magnetischen und/oder mechanischen und/der physikalischen Eigenschaften weiter optimieren.
Es ist vorteilhaft, wenn das zweite Material und/oder das dritte Material eine höhere mechanische Stabilität aufweist als das erste Material. Unter der mechanischen Stabilität ist dabei die Zugfestigkeit und/oder der Elastizitätsmodul und/oder die Härte zu verstehen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann bei einem Zahnkopf eine die Zahnkopffläche durchsetzende Nut vorhanden sein. Eine solche Nut dient dazu, die Radialkräfte beim Betrieb der elektrischen Maschine zu verringern.
Das wenigstens eine erste Zahnsegment und das wenigstens eine zweite Zahnsegment sind formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem jeweils angrenzenden Teil des Blech- oder Sinterteils verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Stanzpaketieren oder Laserschweißen hergestellt werden. Zusätzlich oder alternativ können in den zu verbindenden Bereichen hinterschnittene Konturen ausgebildet sein, um einen formschlüssigen Eingriff herzustellen.
Zur Herstellung des Blech- oder Sinterteils kann wie folgt vorgegangen werden:
Zunächst werden das wenigstens eine erste Zahnsegment und das wenigstens eine zweite Zahnsegment hergestellt. Beispielsweise können die Zahnsegmente aus einem jeweiligen Ausgangsblech herausgetrennt werden, durch Schneiden, Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen. Anschließend werden die hergestellten Zahnsegmente stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden.
Die zweiten Zahnsegmente der Zähne können integral, ohne Naht- und Fügestelle gemeinsam mit dem Verbindungsteil hergestellt sein, beispielsweise gleichzeitig mit dem Verbindungsteil aus einem Ausgangsblech herausgetrennt werden. Wenn das Verbindungsteil und die zweiten Zahnsegmente des Blech- oder Sinterteils aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, werden die zweiten Zahnsegmente vor oder nach dem Verbinden mit dem jeweils wenigstens einen zugeordneten ersten Zahnsegment mit dem Verbindungsteil verbunden.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, die ersten und/oder zweiten Zahnsegmente aus einem Ausgangsblech durch Stanzen nach einem Stanzverfahren herauszutrennen, bei dem das Ausgangsblech über eine Blechhalteeinrichtung eingespannt ist. Die Einspannkraft der Blechhalteinrichtung kann abhängig von der Position eines das Stanzwerkzeug tragenden Stanzstempels variiert werden, um die Qualität der Stanzkanten zu verbessern. Ein solches Verfahren ist in EP 1 602 419 A1 beschrieben. In Bezug auf das Ausstanzen des Blech- oder Sinterteils bzw. der Zahnsegmente bzw. des Verbindungsteils aus einem jeweiligen Ausgangsblech wird auf das in EP 1 602 419 A1 beschriebene Verfahren an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, sowie der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Teildarstellung eines Blechoder Sinterteils für einen Rotor in Seitenansicht,
2 eine schematische Teildarstellung eines Blechoder Sinterteils für einen Stator in Seitenansicht,
3 bis 6 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Zahns mit mehreren Zahnsegmenten, der Bestandteil eines Blech- oder Sinterteils gemäß 1 oder 2 ist und
7 eine schematische Prinzipdarstellung eines Teils des Magnetfeldes zwischen einem Zahn eines Rotors und einem Zahn eines Stators.
In 1 ist in einer schematischen Teildarstellung ein Blechteil 10 für einen Rotor eines Elektromotors veranschaulicht. Aus mehreren solcher Blechteile 10 wird ein Blechpaket für den Rotor erstellt. Die Blechteile 10 werden beispielsweise durch Kleben, Stanzpaketieren oder andere Mittel zu einem Blechpaket verbunden.
In 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Blechteil 10 veranschaulicht, das in einem Stator eines Elektromotors verwendet wird. Wie beim Rotor werden auch beim Stator mehrere solche Blechteile 10 zu einem Blechpaket geschichtet bzw. gestapelt und verbunden.
Anstelle der hier im Zusammenhang mit der Zeichnung beispielsgemäß verwendeten Blechteile 10 könnten alternativ auch Sinterteile aus einem gesinterten Material verwendet werden.
Die Blechteile 10 gemäß der 1 und 2 haben eine Form zum Aufbau eines Außenläufermotors. Der Rotor umschließt dabei den radial weiter innen angeordneten Stator. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen mit einem radial außen angeordneten Stator und einem radial innen angeordneten Rotor (Innenläufermotor) ausführbar sind.
Das Blechteil 10 hat ein in einer Umfangsrichtung U um eine Drehachse D ringförmig geschlossenes Verbindungsteil 11. Von dem Verbindungsteil 11 ragen mehrere Zähne 12 weg. Die Anzahl der Zähne 12 variiert und hängt von der Bauform des Stators bzw. Rotors ab. Auch die Dimensionierung der Zähne 12 und ihre Kontur kann variieren. Die Zähne 12 erstrecken sich radial zur Drehachse D. Die Zähne 12 des Blechteils 10 können sich wie in 1 veranschaulich ausgehend vom Verbindungsteil 11 radial nach innen oder wie in 2 dargestellt ausgehend vom Verbindungsteil 11 radial nach außen erstrecken. In den 1 und 2 ist jeweils in Umfangsrichtung U gesehen nur ein Teil des Blechteils 10 veranschaulicht. Die Blechteile 10 sind in Umfangsrichtung U vollständig geschlossen, wobei die Zähne 12 jeweils mit gleichmäßigem Abstand in Umfangsrichtung U verteilt angeordnet sind.
Diese ringförmige Ausführung eines Blech- oder Sinterteil 10 ist für rotatorisch arbeitende elektrische Maschinen vorgesehen. In Abwandlung zu den dargestellten Ausführungsbeispielen kann sich das Verbindungsteil 11 auch geradlinig oder gekrümmt entlang einer Bewegungsbahn eines Läufers einer translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine (Linearantrieb bzw. Lineargenerator) erstrecken. Die Zähne 12 ragen dabei rechtwinkelig zu der Bewegungsbahn bzw. Bewegungsrichtung des Läufers vom Verbindungsteil 11 weg. Im Übrigen kann das Blech- oder Sinterteil 10 für den Stator oder Läufer einer translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine entsprechend den Blech- oder Sinterteilen 10 aufgebaut sein, die im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert werden. Die Umfangsrichtung um die Drehachse ist dabei durch die lineare Bewegungsrichtung des Läufers zu ersetzen.
In den 3 bis 7 ist jeweils ein Ausschnitt eines Blechteils 10 mit mehreren Zähnen 12 vergrößert dargestellt. Anhand dieser Figuren wird der Aufbau der Zähne 12 erläutert. Sämtliche Zähne 12 eines Blechteils 10 sind identisch aufgebaut, so dass es ausreichend ist, den Aufbau eines einzelnen Zahnes 12 zu erläutern.
Jeder Zahn 12 hat einen Zahnsteg 13, der mit dem Verbindungsteil 11 verbunden ist. Der Zahnsteg 13 erstreckt sich ausgehend vom Verbindungsteil 11 radial zur Drehachse D. An dem vom Verbindungsteil 11 abgewandten Ende des Zahnsteges 13 weist der Zahn 12 einen Zahnkopf 14 auf. In Umfangsrichtung U kann der Zahnkopf 14 an beiden Seiten über den Zahnsteg 13 hinausragen und den Zahn 12 in seiner Erstreckungsrichtung zu seinem freien Ende 15 hin erweitern. Die Zahnform oder Zahnkontur kann gegenüber einer Längsmittelebene L des Zahns 12 symmetrisch oder unsymmetrisch sein. Bei den hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die Zahnform, also die Außenkontur des Zahns 12 symmetrisch zur Längsmittelebene L ausgeführt. Die Längsmittelebene L erstreckt sich mittig durch den Zahnsteg 13 und bildet eine Radialebene gegenüber der Drehachse D.
An seinem freien Ende 15 weist der Zahn 12 eine Zahnkopffläche 16 auf. Die Zahnkopffläche 16 hat eine Erstreckungskomponente in Umfangsrichtung U sowie eine Erstreckungskomponente parallel zur Drehachse D. Vorzugsweise verlaufen die Zahnkopfflächen 16 der Zähne 12 entlang einer gemeinsamen Zylindermantelfläche um die Drehachse D, was schematisch in den 1 und 2 veranschaulicht ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Zahnkopffläche 16 durch eine Nut 17 (3) in zwei voneinander getrennte Flächenabschnitte unterteilt sein. Die Nut 17 erstreckt sich parallel zur Drehachse D im Bereich des freien Endes 15 durch den Zahnkopf 14. Die Nut 17 ist optional und kann bei allen beschriebenen Ausführungsformen des Blechteils 10 in den Zähnen 12 vorhanden sein.
Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 und wenigstens ein zweites Zahnsegment 23. Das erste Zahnsegment 22 besteht aus einem magnetisierbaren ersten Material M1. Das zweite Zahnsegment 23 besteht aus einem magnetisierbaren zweiten Material M2. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich beim ersten Material M1 sowie beim zweiten Material M2 jeweils um ein weichmagnetisches Material. Die beiden Materialien M1, M2 unterscheiden sich voneinander.
Wie in den 3 bis 7 veranschaulicht, ist im Bereich zwischen zwei benachbarten Zähnen 12 bzw. zwischen zwei benachbarten Zahnstegen 13 eine Wicklung 18 des Stators bzw. des Rotors einer elektrischen Maschine vorhanden. Die Wicklung 18 ist jeweils stark schematisiert veranschaulicht. Anstelle einer solchen Wicklung 18 können an einem Stator oder einem Rotor auch Permanentmagnete 19 zwischen benachbarten Zähnen 12 angeordnet sein (7).
Bei den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen bildet das wenigstens eine erste Zahnsegment 22 zumindest einen Teil des Zahnkopfes 14 eines Zahns 12. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 3 ist der Zahnkopf 12 insgesamt durch ein erstes Zahnsegment 22 gebildet. Der Zahnsteg 13 ist hier durch das zweite Zahnsegment 23 gebildet. Das erste Zahnsegment 22 und mithin der Zahnkopf 14 ist an einer ersten Verbindungsstelle 25 mit dem Zahnsteg 13 bzw. dem zweiten Zahnsegment 23 verbunden. Das zweite Zahnsegment 23 ist an einer zweiten Verbindungsstelle 26 mit dem Verbindungsteil 12 verbunden.
Beispielsgemäß hat das erste Material M1 des ersten Zahnsegments 22 eine erste Sättigungsmagnetisierung B_S1 und das zweite Material eine zweite Sättigungsmagnetisierung B_S2. Die erste Sättigungsmagnetisierung B_S1 ist größer als die zweite Sättigungsmagnetisierung B_S2. Die erste Sättigungsmagnetisierung B_S1 beträgt vorzugsweise mindestens 2,0 T oder 2,3 T oder 2,5 T. Die zweite Sättigungsmagnetisierung B_S2 beträgt vorzugsweise maximal 1,0 T.
Das erste Material hat eine erste relative Permeabilität μ_r1, die kleiner ist als die zweite relative Permeabilität μ_r2 de zweiten Materials M2. Die zweite relative Permeabilität μ_r2 ist vorzugsweise größer als 30.000 oder größer als 100.000 und kann im Bereich von 100.000 bis 200.000 liegen. Die erste relative Permeabilität μ_r1 ist vorzugsweise kleiner als 20.000.
Bei dem ersten Material M1 kann es sich um eine Eisenlegierung mit einem Anteil von mindestens 45% oder mindestens 50% Kobalt handeln. Es können auch Legierung mit einem Nickelanteil oder Molybdänanteil oder Kombinationen hiervor verwendet werden. Als zweites Material wird vorzugsweise ein sogenanntes Mu-Metall verwendet. Bei dem zweiten Material kann es sich um eine Eisenlegierung mit einem Nickelbestandteil oder einem Siliziumbestandteil handeln.
Die Werkstoffe, die als zweites Material M2 verwendet werden können, können auch für das Verbindungsteil 11 verwendet werden, wobei keine Materialidentität zwischen dem Verbindungsteil 11 und dem zweiten Zahnsegment 23 bestehen muss, obwohl die Verwendung von identischen Materialien für das Verbindungsteil 11 und das zweite Zahnsegment 23 in einem Blechteil 10 möglich ist und zur Vereinfachung der Herstellung des Aufbaus des Blechteils 10 vorteilhaft sein kann.
Dadurch, dass das wenigstens eine erste Zahnsegment 22 zumindest einen Teil des Zahnkopfes 14 und das wenigstens eine zweite Zahnsegment 23 zumindest einen Teil des Zahnstegs 13 bildet, können für die beiden Zahnsegmente 22, 23 die jeweils optimalen Materialien M1 bzw. M2 im Hinblick auf die magnetischen und/oder mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften eingesetzt werden. Der Zahn 12 bzw. das Blechteil 10 kann somit optimiert und die Materialkosten gering gehalten werden. Häufig sind Materialien mit einer hohen Sättigungsmagnetisierung sehr teuer. Durch die Verwendung eines solchen Materials lediglich für wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 im Bereich des Zahnkopfes 14 können die Materialkosten für ein Blechteil 10 und einen Rotor oder einen Stator aus einer Vielzahl solche Blechteile 10 gering gehalten werden. Solche Materialien werden nur dort eingesetzt, wo es die magnetischen Eigenschaften des Zahns 12 erfordern, beispielsgemäß im Bereich des Zahnkopfes 14. Andere Abschnitte des Zahns 12 werden durch den Einsatz anderer Materialien optimiert.
Bei dem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach 3 lediglich ein Teil des jeweiligen Zahnkopfes 14 durch wenigstens ein erstes Zahnsegments 22 gebildet. Beispielsgemäß weist der Zahnkopf 14 eines Zahns 12 zwei in Umfangsrichtung U an entgegengesetzten Enden angeordnete Endabschnitte 24 auf. Die beiden Endabschnitte 24 sind in Umfangsrichtung U mit Abstand zueinander angeordnet und berühren sich beispielsgemäß nicht. In Abwandlung zu dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen könnten die beiden Endabschnitte 24 an der Zahnkopffläche 16 auch unmittelbar aneinander anschließen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist der Zahn 12, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel nach 3, ein zweites Zahnsegment 23 aus dem zweiten Material M2 auf. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach 3 erstreckt sich das zweite Zahnsegment 23 beim Ausführungsbeispiel nach 4 im Bereich der Längsmittelebene L in den Zahnkopf 14 hinein. Das zweite Zahnsegment 23 bildet beispielsgemäß im Bereich der Längsmittelebene einen mittleren Abschnitt der Zahnkopffläche 16.
In Umfangsrichtung U weist der Zahnkopf 14 zwei Endabschnitte 24 auf, die durch jeweils ein erstes Zahnsegment 22 gebildet sind. Jedes der beiden Zahnsegmente 22 bzw. jeder Endabschnitt 24 stellt einen Abschnitt der Zahnkopffläche 16 bereit, der sich an den mittleren Abschnitt anschließt, der durch das zweite Zahnsegment 23 bereitgestellt ist. Die beiden ersten Segmente 22 sind somit an jeweils einer ersten Verbindungsstelle 25 mit dem zweiten Zahnsegment 23 des Zahns 12 verbunden. Das zweite Zahnsegment 23 ist an der zweiten Verbindungsstelle 26, wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel nach 3, mit dem Verbindungsteil 12 verbunden. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel nach 4 ist beim ersten Ausführungsbeispiel nach 3 lediglich eine erste Verbindungsstelle 25 vorhanden, da der Zahnkopf 14 insgesamt durch ein einziges erstes Zahnsegment 22 gebildet ist.
Die Verbindung an einer ersten Verbindungsstelle 25 und/oder an einer zweiten Verbindungsstelle 26 ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 3 und 4 stoffschlüssig ausgeführt. Die stoffschlüssige Verbindung kann durch Schweißen, Laserschweißen, Kleben, Sintern oder eine andere geeignete stoffschlüssige Verbindungsart hergestellt werden. Die stoffschlüssige Verbindung an einer Verbindungsstelle 25, 26 kann vollflächig oder an partiell, beispielsweise punkt- bzw. linienförmig, erfolgen.
In den 3 und 4 sind an den Verbindungsstellen 25, 26 jeweils ebene Verbindungsflächen vorgesehen, was durch die geradlinigen Verbindungsstellen 25, 26 dargestellt ist. Es versteht sich, dass in Abwandlung hierzu auch gekrümmte und/oder gezackte oder beliebige andere Verläufe der ersten Verbindungsstelle 25 und/oder der zweiten Verbindungstelle 26 möglich sind. Insbesondere kann durch wellenförmige, gezackte oder andere nicht geradlinige Verläufe einer Verbindungsstelle 25, 26 die Verbindungsfläche an einer betreffenden Verbindungsstelle 25, 26 vergrößert werden. Neben mechanischen Verbesserungen der Verbindung kann dadurch auch der magnetische Widerstand beeinflusst werden. Der Verlauf der Verbindungsstellen 25, 26 hat auch Einfluss auf die an dieser Grenzfläche durch die sich ändernde relative Permeabilität auftretenden Kräfte im Magnetfeld, die senkrecht auf die Grenzfläche auf das Material mit geringerer relativer Permeabilität wirken.
In 5 ist schematisch eine weitere Möglichkeit veranschaulicht, wie die Verbindung zwischen den Zahnsegmenten 22, 23 untereinander bzw. zu anderen Teilen des Blechteils 10 oder mit dem Verbindungsteil 11 realisiert werden kann. Alternativ, vorzugsweise jedoch zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung kann eine formschlüssige Verbindung an der ersten Verbindungsstelle 25 und/oder der zweiten Verbindungsstelle 26 vorgesehen sein. Hierfür sind die Konturen der zu verbindenden Teile des Zahns 12 derart aneinander angepasst, dass Vorsprünge und hinterschnittene Aussparungen derart ineinander passen, so dass ein Formschluss entsteht, ähnlich wie bei ineinandergreifenden Puzzleteilen oder einer Schwalbenschwanzverbindung. Die formschlüssige Verbindung der Teile des Zahns 12 kann durch aneinanderstecken parallel zur Drehachse D erfolgen. Ein Auseinanderziehen der so verbundenen Teile quer zur Steckverbindungsrichtung (parallel zur Drehachse D) wird verhindert. Die in den 5 und 6 veranschaulichten Konturen, die am Verbindungsteil 11 und am zweiten Zahnsegment 23 sowie am jeweils ersten Zahnsegment 22 Vorsprünge und/oder Aussparungen bilden, sind lediglich beispielhaft. Es sind hierbei auch beliebig andere Verläufe der ersten und/oder zweiten Verbindungsstelle möglich.
Bei der Herstellung der formschlüssigen Verbindung kann zusätzlich oder alternativ zu einer stoffschlüssigen Verbindung auch eine kraftschlüssige Verbindung an einer ersten Verbindungsstelle 25 und/oder einer zweiten Verbindungsstelle 26 hergestellt werden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 3 bis 5 und 7 ist jeder Zahn 12 symmetrisch zu seiner Längsmittelebene L ausgestaltet. Im Unterschied dazu ist es auch möglich, den Zahn 12 gegenüber der Längsmittelebene L im Hinblick auf die verwendeten Materialien unsymmetrisch auszuführen. Beispielsweise kann der Zahn 12 lediglich auf einer Seite der Längsmittelebene L an einen der beiden Endabschnitte 24 durch ein erstes Zahnsegment 22 aus dem ersten Material M1 bestehen, während der bezüglich der Längsmittelebene L gegenüberliegende Endabschnitt aus einem anderen Material hergestellt ist. Bei dieser unsymmetrischen Ausführung kann die Außenkontur des Zahnes 12 nach wie vor symmetrisch zur Längsmittelebene L sein, während die Anordnung der verschiedenen Zahnsegmente 22, 23 zur Bildung des Zahns 12 keine Symmetrie gegenüber der Längsmittelebene L aufweisen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 ist somit lediglich ein Endabschnitt 24 des Zahnkopfes 14 durch ein erstes Zahnsegment 22 und mithin aus dem ersten Material M1 hergestellt. Beispielsgemäß hat das erste Material M1 eine erste Sättigungsmagnetisierung B_S1, die größer ist als die zweite Sättigungsmagnetisierung B_S2 des zweiten Materials M2. Eine solche Ausgestaltung kann die Kosten zur Herstellung eines Blechteils 10 weiter reduzieren und eignet sich insbesondere für elektrische Maschinen, die lediglich oder hauptsächlich in eine Drehrichtung um die Drehachse D bewegt werden. Beispielsweise werden Elektromotoren von Fahrzeugen wie PKWs, Motorrädern oder Fahrrädern fast ausschließlich in eine Drehrichtung angetrieben. Auch Generatoren von Energieerzeugungsanlagen, wie Wasserkraftanlagen, Windkraftanlagen werden nur in eine Richtung betrieben. Dem kann durch die unsymmetrische Ausgestaltung nach 6 Rechnung getragen werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist das Gesamtvolumen des ersten Materials M1 des wenigstens einen ersten Zahnsegments 22 kleiner als das Gesamtvolumen des zweiten Materials M2 des wenigstens einen zweiten Zahnsegments 23.
In Abwandlung zu den veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass mehr als ein zweites Zahnsegment 23 vorhanden ist. Ferner kann in Abwandlung zu den veranschaulichten Ausführungsbeispielen die zweite Verbindungsstelle 26 zwischen dem Zahnsteg 13 und dem Verbindungsteil 11 entfallen. Es ist möglich, das Verbindungsteil 11 und den Zahnsteg 13 bzw. das Verbindungsteil 11 und das wenigstens eine zweite Zahnsegment 23 integral ohne Naht- und Fügestellte aus demselben Material herzustellen.
Der bei dem Ausführungsbeispiel nach 7 dargestellte Zahn 12 eines Rotors hat eine abgewandelte Kontur. Der Zahnkopf 14 ragt in Umfangsrichtung U nicht über den Zahnsteg 13 hinaus. Beispielsgemäß verjüngt sich dieser Zahn 12 zu seinem freien Ende 15 hin.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Zahn 12 eines mit Permanentmagneten 19 versehenen Rotors bzw. Stators einer elektrischen Maschine, der ein Flussleitstück 27 bildet (7). Solche Flussleitstücke 27 können dazu verwendet werden, die magnetische Flussdichte B in den Permanentmagneten 19 zu begrenzen. Zweckmäßigerweise ragen die Flussleitstücke 27 in radialer Richtung gegenüber der Drehachse D über die benachbarten Permanentmagnete 19 hinaus und bilden gegenüber den zugeordneten Zähnen 12 des zugeordneten Stators bzw. Rotors den Luftspalt, in dem sich das Magnetfeld H ausbildet. Dadurch können die Permanentmagnete 19 vor einer zu großen magnetischen Flussdichte und somit von der Entmagnetisierung geschützt werden.
In 7 ist stark schematisiert die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zähne 12 eines Blechteils 10 gemäß der Ausführungsbeispiele aller vorliegenden Erfindung dargestellt. Sehr stark vereinfacht ist oben im Bild ein Zahn 12 eines Rotors veranschaulicht, der hier ein Flussleitstück 27 zwischen zwei Permanentmagneten 19 darstellt. Der Rotor könnte aber auch ein Blechteil 10 aufweisen, das eine oder mehrere Wicklungen 18 aufweist. Es sei beispielhaft angenommen, dass es sich bei der Maschine um einen Elektromotor handelt.
Einige Magnetfeldlinien des Magnetfeldes H sind zwischen dem Zahn 12 des Rotors und einem Zahn 12 des Stators veranschaulicht. Die Drehrichtung R des Rotors um die Drehachse D ist schematisch veranschaulicht. Die Zähne 12 der Blechteile 10 des Rotors bzw. des Stators sind wie zuvor beschrieben ausgeführt.
Bei der Drehung des Rotors in Drehrichtung R nähert sich der Zahn 12 des Rotors einem betrachteten Zahn 12 (mittlerer Zahn in 7) an. Bei dieser Annäherung entsteht zwischen dem Zahn 12 des Rotors und dem betrachteten Zahn 12 des Stators das Magnetfeld H. In 7 ist schematisch die Situation dargestellt, wenn sich die beiden betrachteten Zähne 12 radial zur Drehachse betrachtet teilweise überdecken. In den beiden Endabschnitten 24 der betrachteten Zähne 12, die den geringsten Abstand zueinander aufweisen, entsteht eine große magnetische Flussdichte. Übersteigt die magnetische Flussdichte die Sättigungsmagnetisierung im Bereich des jeweiligen Endabschnitts 24 des Zahnkopfes 14, so kann durch eine weitere Stromerhöhung in den Wicklungen 18 des Stators keine weitere Drehmomenterhöhung stattfinden. Eine weitere Stromerhöhung würde lediglich zur Erzeugung von Wärme führen. Deswegen ist zumindest der eine Endabschnitt 24 jedes Zahns 12 durch ein erstes Zahnsegment 22 gebildet, das eine große erste Sättigungsmagnetisierung B_S1 aufweist. Dadurch kann für einen Elektromotor ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden.
Wenn bei einer weiteren Drehung des Rotors in Drehrichtung R die Überdeckung der beiden betrachteten Zähne 12 zunimmt, sinkt die magnetische Flussdichte B in den Zähnen. Demnach muss nicht der gesamte Zahn aus einem ersten Material M1 mit großer erster Sättigungsmagnetisierung B_S1 hergestellt werden. Es genügt, diejenigen Zahnsegmente und beispielsgemäß die ersten Zahnsegmente 22 eines Zahns 12 aus dem ersten Material M1 herzustellen, die beim Betrieb der elektrischen Maschine einer großen magnetischen Flussdichte B ausgesetzt sind.
Das Verbindungsteil 11 und/oder der Zahnsteg 13 bzw. das zweite Zahnsegment 23 können im Hinblick auf andere magnetische und/oder mechanische und/oder physikalische Eigenschaften als die Sättigungsmagnetisierung optimiert werden. Insbesondere weist das zweite Zahnsegment 23 und mithin beispielsgemäß der Zahnsteg 13 und/oder das Verbindungsteil 11 eine hohe relative Permeabilität auf, die größer ist als die des ersten Materials M1 bzw. weist eine größere mechanische Stabilität auf als das erste Material M1. Die mechanische Stabilität kann durch die Zugfestigkeit und/oder den Elastizitätsmodul und/oder die Härte des Materials charakterisiert sein.
Bei allen veranschaulichten Ausführungsbeispielen kann das Verbindungsteil 11 aus einem magnetisierbaren dritten Material M3 bestehen, das sich von dem ersten Material M1 und dem zweiten Material M2 unterscheidet. Insbesondere kann das dritte Material M3 eine größere mechanische Stabilität aufweisen als das erste Material M1 und/oder das zweite Material M2. Das dritte Material M3 kann sich auch in den magnetischen und/oder physikalischen Eigenschaften von den beiden anderen Materialien M1, M2 unterscheiden.
Bei der Herstellung des Blechteils 10 wird wie folgt vorgegangen:
Aus einem ersten Ausgangsblech, das aus dem ersten Material M1 besteht, werden die ersten Zahnsegmente 22 der Zähne 12 aus einem aus dem ersten Material M1 bestehenden Ausgangsblech herausgetrennt. Gleichermaßen werden die zweiten Zahnsegmente 23 der Zähne 12 aus einem aus dem zweiten Material M2 bestehenden Ausgangsblech herausgetrennt. Das Verbindungsteil 11 wird gegebenenfalls aus einem aus dem dritten Material M3 bestehenden Ausgangsblech herausgetrennt. Wenn die zweiten Zahnsegmente 23 und das Verbindungsteil 11 aus demselben Material, beispielsgemäß dem zweiten Material M2 bestehen, kann das Verbindungsteil 11 gemeinsam mit den zweiten Zahnsegmenten 23 der Zähne 12 in einem Vorgang aus dem Ausgangsblech herausgetrennt werden.
Das Heraustrennen aus dem Ausgangsblech kann durch Schneiden, Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen erfolgen.
Bevorzugt werden die ersten Zahnsegmente 22 durch ein besonderes Trennverfahren aus dem Ausgangsblech herausgetrennt, um die magnetischen Eigenschaften an den Trennstellen durch Wärmezufuhr oder Materialfluss beim Heraustrennen nicht negativ zu beeinträchtigen. Es ist beispielsweise möglich, den Trennvorgang mit einem vorteilhaften Schneidverfahren auszuführen, wie es in EP 1 602 419 A1 beschrieben ist. Das dort beschriebene Verfahren wird durch Bezugnahme in die Anmeldung aufgenommen.
Im Anschluss an das Heraustrennen der einzelnen Bestandteile, werden diese an den Verbindungsstellen 25, 26 miteinander verbunden. Wie erläutert, können die zweiten Verbindungsstellen 26 zwischen dem Verbindungsteil 11 und dem zweiten Zahnsegment 23 bzw. dem Zahnsteg 13 entfallen, wenn diese beiden Bestandteile aus demselben Material integral ausgeführt und gemeinsam aus einem Ausgangsblech herausgetrennt werden.
Das Verbinden an den vorhandenen Verbindungsstellen 25 bzw. 26 kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Vorzugsweise ist an jeder Verbindungsstelle 25, 26 eine stoffschlüssige Verbindung vorhanden, die gegebenenfalls durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung ergänzt wird.
Die Blechteile eines Rotors bzw. eines Stators werden gleichartig hergestellt und zu einem Blechpaket gestapelt und verbunden. Dieses Blechpaket kann dann wie üblich in den Rotor bzw. Stator einer elektrischen Maschine integriert werden.
Die Erfindung betrifft ein Blechteil 10 für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Blechteils 10. Das Blechteil 10 weist ein Verbindungsteil 11 auf, das beispielsweise koaxial zu einer Drehachse D verläuft. Quer von dem Verbindungsteil 11 ragen regelmäßig beabstandete Zähne 12 weg. An dem freien Ende weist jeder Zahn 12 einen Zahnkopf 14 auf, der über einen Zahnsteg 13 mit dem Verbindungsteil 11 verbunden ist. Jeder Zahn hat wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 sowie wenigstens ein zweites Zahnsegment 23. Die Zahnsegmente sind aus unterschiedlichen magnetisierbaren Materialien M1, M2 hergestellt. Auf diese Weise können die Materialien M1, M2 gezielt hinsichtlich ihrer magnetischen und/oder mechanischen Eigenschaften in dem Bereich des Zahns 12 eingesetzt werden, wo sie das magnetisch und/oder mechanische Verhalten des Zahns 12 und mithin des Blechteils 10 optimieren können. Insbesondere ist am Zahnkopf 14 wenigstens ein erstes Zahnsegment 22 vorhanden, dessen Sättigungsmagnetisierung B_S1 größer ist als die des übrigen Blechteils 10.
Bezugszeichenliste

10: Blechteil
11: Verbindungsteil
12: Zahn
13: Zahnsteg
14: Zahnkopf
15: freies Ende des Zahnkopfes
16: Zahnkopffläche
17: Nut
18: Wicklung
19: Permanentmagnet
22: erstes Zahnsegment
23: zweites Zahnsegment
24: Endabschnitt
25: erste Verbindungsstelle
26: zweite Verbindungsstelle
27: Flussleitstück
D: Drehachse
L: Längsmittelebene
M1: erstes Material
M2: zweites Material
M3: drittes Material
R: Drehrichtung
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012213239 A1 [0006]
DE 102010049178 A1 [0007]
EP 1602419 A1 [0036, 0036, 0081]

Claims

Blech- oder Sinterteil (10) für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, mit einem Verbindungsteil (11), mit mehreren von dem Verbindungsteil (11) weg ragenden Zähnen (12), die an ihrem freien Ende jeweils einen Zahnkopf (14) aufweisen, der über einen Zahnsteg (13) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden ist, wobei jeder Zahn (12) wenigstens ein erstes Zahnsegment (22) aus einem magnetisierbaren ersten Material (M1) und wenigstens ein zweites Zahnsegment (23) aus einem magnetisierbaren zweiten Material (M2) aufweist, wobei das magnetisierbare erste Material (M1) und das magnetisierbare zweite Material (M2) verschieden sind.
Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare erste Material (M1) eine größere Sättigungsmagnetisierung (B_S) aufweist als das magnetisierbare zweite Material (M2).
Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare erste Material (M1) eine kleinere relative Permeabilität (µ_r) aufweist als das magnetisierbare zweite Material (M2).
Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil des mag- netisierbaren ersten Materials (M1) kleiner ist als der Volumenanteil des magnetisierbaren zweiten Materials (M2).
Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnsegment (22) zumindest einen Teil des Zahnkopfes (14) bildet.
Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkopf (14) zwei erste Zahnsegmente (22) aufweist.
Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten Zahnsegmente (22) in Umfangsrichtung (U) um die Drehachse (D) mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Zahnsegmente (22) symmetrisch zu einer Längsmittelebene (L) durch den Zahn (12) angeordnet sind.
Blech- oder Sinterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Zahnsegment (22) unsymmetrisch zu einer Längsmittelebene (L) durch den Zahn (12) angeordnet ist.
Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnsegment (23) zumindest einen Teil des Zahnstegs (13) bildet.
Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (11) und das zweite Zahnsegment (23) aus demselben Material (M2) bestehen.
Blech- oder Sinterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (11) aus einem magnetisierbaren dritten Material (M3) besteht, wobei sich das magnetisierbare dritte Material (M3) sowohl vom magnetisierbaren ersten Material (M1) als auch vom magnetisierbaren zweiten Material (M2) unterscheidet.
Blech- oder Sinterteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit und/oder der Elastizitätsmodul und/oder die Härte des dritten Materials (M3) und/oder des zweiten Materials (M2) größer ist als beim ersten Material (M1).
Blech- oder Sinterteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnsegment (22) und/oder das zweite Zahnsegment (23) formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem jeweils angrenzenden Teil des Blech- oder Sinterteils (23 bzw. 11) verbunden sind.
Blech- oder Sinterteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (11) in einer Umfangsrichtung (U) um eine Drehachse (D) ringförmig geschlossen ist und die mehreren Zähne (12) radial zu der Drehachse (D) von dem Verbindungsteil (11) weg ragen, oder dass sich das Verbindungsteil (11) geradlinig oder gekrümmt entlang einer Bewegungsbahn des Läufers erstreckt und die Zähne (12) schräg oder rechtwinkelig von dem Verbindungsteil (11) weg ragen.
Verfahren zur Herstellung eines Blech- oder Sinterteils (10) für einen Stator oder einen Läufer einer elektrischen Maschine, wobei das Blech- oder Sinterteil (10) ein Verbindungsteil (11) und mehrere sich von dem Verbindungsteil (11) weg erstreckende Zähne (12) aufweist, die an ihrem freien Ende jeweils einen Zahnkopf (14) aufweisen, der über einen Zahnsteg (13) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden ist, mit folgenden Schritten: – Herstellen wenigstens eines ersten Zahnsegments (22) für jeden Zahn (12) aus einem magnetisierbaren ersten Material (M1), – Herstellen wenigstens eines zweiten Zahnsegments (23) für jeden Zahn (12) aus einem magnetisierbaren zweiten Material (M2), wobei das magnetisierbare erste Material (M1) und das magnetisierbare zweite Material (M2) verschieden sind, – Verbinden des wenigstens einen ersten Zahnsegments (22) und des wenigstens einen zweiten Zahnsegment (23) miteinander oder mit wenigstens einem weiteren Bestandteil des Blech- oder Sinterteils (10) zu Bildung der Zähne (12) des Blech- oder Sinterteils (10).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zahnsegmente (23) der Zähne (12) vor oder nach dem Verbinden mit dem wenigstens einen zugeordneten ersten Zahnsegment (22) mit dem Verbindungsteil (11) verbunden werden.