DE102015214893A1

DE102015214893A1 - Locally optimized stator for an electric machine

Info

Publication number: DE102015214893A1
Application number: DE102015214893.9A
Authority: DE
Inventors: Witold Pieper; Jens Burghaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Es wird ein Stator (16) für eine elektrische Maschine (10), eine elektrische Maschine (10) und ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen. Der Stator (16) weist einen ringförmigen Statorkörper (18) und Statorzähne (22) auf, welche an dem Statorkörper (18) angeordnet sind, wobei der Statorkörper (18) und die Statorzähne (22) jeweils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff (26, 28) gefertigt sind. Der Stator (16) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Statorzähne (22) jeweils zumindest in einem Teilbereich (24) aus einem ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoff (26) und der Statorkörper (18) zumindest teilweise aus einem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff (28) gefertigt ist. Der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff (26) und der zweite weichmagnetische Verbundwerkstoff (28) sind derart unterschiedlich und/oder derart unterschiedlich verarbeitet, dass sich wenigstens eine Materialeigenschaft des Stators (16) von dem Statorkörper (18) hin zu dem jeweiligen Teilbereich (24) der Statorzähne (22) ändert. Auf diese Weise kann ein lokal optimierter Stator (16) bereitgestellt werden.A stator (16) for an electric machine (10), an electric machine (10) and a manufacturing method are proposed. The stator (16) has an annular stator body (18) and stator teeth (22) which are arranged on the stator body (18), wherein the stator body (18) and the stator teeth (22) each consist of a soft magnetic composite material (26, 28 ) are made. The stator (16) is characterized in particular in that the stator teeth (22) each at least in a partial region (24) made of a first soft magnetic composite material (26) and the stator (18) at least partially made of a second soft magnetic composite material (28) is. The first soft magnetic composite material (26) and the second soft magnetic composite material (28) are so different and / or processed differently that at least one material property of the stator (16) from the stator body (18) towards the respective portion (24) Stator teeth (22) changes. In this way, a locally optimized stator (16) can be provided.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Maschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Stators. The invention relates generally to electrical machines. In particular, the invention relates to a stator for an electric machine and to a method for producing such a stator.

Stand der Technik State of the art

Elektrische Maschinen werden in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt und zunehmend in der Automobilindustrie als Antrieb für Kraftfahrzeuge genutzt, etwa für Hybridkraftfahrzeuge oder für rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge. Electrical machines are used in a variety of industrial applications and are increasingly used in the automotive industry as a drive for motor vehicles, such as for hybrid vehicles or for purely electrically powered vehicles.

Im Zuge dieser Elektrifizierung der Antriebstechnik werden elektrische Maschinen insbesondere im Hinblick auf eine Steigerung einer Leistungsdichte, einer Drehmomentdichte und/oder einer Reduzierung von Verlustleistung weiterentwickelt. In the course of this electrification of the drive technology, electrical machines are developed further, in particular with regard to an increase in power density, a torque density and / or a reduction in power loss.

Die DE 10 2005 020 952 A1 offenbart ein Phasenmodul mit einem Stator für eine elektrische Maschine, wobei Stirnseiten des Stators durch Zahnstückplatten gebildet sind, welche Zähne aufweisen. Die Zähne sind zur Erhöhung einer Kraftdichte und eines resultierenden Drehmoments in axialer Richtung verlängert ausgeführt. The DE 10 2005 020 952 A1 discloses a phase module with a stator for an electric machine, wherein end faces of the stator are formed by tooth plate having teeth. The teeth are designed to increase a force density and a resulting torque in the axial direction extended.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, einen robusten, langlebigen und kostengünstig produzierbaren Stator für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer erhöhten Drehmoment- und Leistungsdichte bei geringen Verlusten und kompakter Bauform bereitzustellen. Embodiments of the present invention may advantageously enable to provide a robust, durable, and cost-manufacturable stator for an electric machine and an electric machine having increased torque and power density with low losses and a compact design.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, welcher einen ringförmigen Statorkörper und eine Mehrzahl von Statorzähnen aufweist, welche jeweils an dem Statorkörper angeordnet und/oder ausgebildet sind. Der Statorkörper und die Statorzähne sind dabei jeweils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt. Der erfindungsgemäße Stator zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Statorzähne jeweils zumindest in einem Teilbereich aus einem ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt sind und dass der Statorkörper zumindest teilweise aus einem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt ist. Der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff und der zweite weichmagnetische Verbundwerkstoff sind dabei derart unterschiedlich und/oder derart unterschiedlich verarbeitet, dass sich wenigstens eine Materialeigenschaft des Stators von dem Statorkörper hin zu dem jeweiligen Teilbereich der Statorzähne ändert. Die Materialeigenschaft kann dabei insbesondere eine magnetische Eigenschaft und/oder eine magnetische Materialeigenschaft des Stators bezeichnen. According to one aspect of the invention, a stator for an electric machine is proposed, which has an annular stator body and a plurality of stator teeth, which are respectively arranged and / or formed on the stator body. The stator body and the stator teeth are each made of a soft magnetic composite material. The stator according to the invention is characterized in particular in that the stator teeth are each made of a first soft magnetic composite material at least in a partial region and that the stator body is at least partially made of a second soft magnetic composite material. The first soft magnetic composite material and the second soft magnetic composite material are in this case different and / or processed differently in such a way that at least one material property of the stator changes from the stator body to the respective partial region of the stator teeth. The material property may in particular designate a magnetic property and / or a magnetic material property of the stator.

Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Stator vorgeschlagen, welcher vollständig oder teilweise aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff gefertigt sein kann, beispielsweise durch Verpressen und/oder Wärmebehandlung des weichmagnetischen Verbundwerkstoffs. Der Stator kann dabei mehrere Bereiche aufweisen, insbesondere wenigstens einen Teilbereich des Statorkörpers und/oder Teilbereiche der Statorzähne, welche aus unterschiedlichen weichmagnetischen Verbundwerkstoffen bzw. Pulverwerkstoffen ausgebildet sein können und/oder welche unterschiedlich verabeitet, gefertigt, vorbehandelt und/oder behandelt sein können. Beispielsweise können die Bereiche des Stators bei unterschiedlichen Anpressdrücke und/oder unterschiedlichen Temperaturen verarbeitet sein. Derart können Bereiche des Stators, welche in einer elektrischen Maschine unterschiedliche Zwecke erfüllen können, mit im Hinblick auf den jeweiligen Zweck optimierten Materialeigenschaften gefertigt werden. Insgesamt kann so ein robuster, langlebiger und kostengünstig herstellbarer Stator bereitgestellt werden, welcher zumindest lokal optimierte und/oder an den jeweiligen Zweck der Teilbereiche bzw. Bereiche des Stators angepasste Eigenschaften, insbesondere magnetische Eigenschaften, aufweisen kann. Diese lokal optimierten und/oder angepassten Eigenschaften des Stators können beispielsweise zur Steigerung einer Robustheit, einer Drehmomentdichte und/oder einer Leistungsdichte sowie zur Reduzierung von Verlusten, insbesondere Ummagnetisierungsverlusten, einer mit dem erfindungsgemäßen Stator ausgestatteten elektrischen Maschine dienen. In other words, a stator is proposed according to the invention, which can be made entirely or partially of soft magnetic composite material, for example by pressing and / or heat treatment of the soft magnetic composite material. The stator may have several areas, in particular at least a portion of the stator and / or portions of the stator teeth, which may be formed of different soft magnetic composites or powder materials and / or which may be differently processed, manufactured, pretreated and / or treated. For example, the areas of the stator can be processed at different contact pressures and / or different temperatures. In this way, areas of the stator which can fulfill different purposes in an electrical machine can be manufactured with material properties optimized with regard to the respective purpose. Overall, a sturdy, durable and cost-effectively producible stator can be provided, which can have at least locally optimized and / or adapted to the respective purpose of the subregions or areas of the stator properties, in particular magnetic properties. These locally optimized and / or adapted properties of the stator can be used, for example, to increase robustness, torque density and / or power density and to reduce losses, in particular magnetic reversal losses, of an electric machine equipped with the stator according to the invention.

Die Bezeichnung „erster“ und „zweiter“ weichmagnetischer Verbundwerkstoff kann dabei bedeuten, dass sich die beiden Verbundwerkstoffe hinsichtlich einer oder mehrere Materialeigenschaften unterscheiden, was durch unterschiedliche Verarbeitung identischer weichmagnetischer Verbundwerkstoffe, durch identische Verarbeitung unterschiedlicher Verbundwerkstoffe oder durch unterschiedliche Verarbeitung unterschiedlicher Verbundwerkstoffe realisiert werden kann. Der Stator kann auch aus mehr als zwei unterschiedlichen Verbundwerkstoffen und/oder durch mehr als zwei unterschiedliche Verarbeitungen gefertigt sein. Es können auch mehrere Bereiche bzw. Teilbereiche des Statorkörpers und/oder mehrere Bereiche bzw. Teilbereiche jeden Statorzahnes unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen. The term "first" and "second" soft magnetic composite material may mean that the two composite materials differ with respect to one or more material properties, which can be realized by different processing of identical soft magnetic composites, by identical processing of different composite materials or by different processing of different composite materials. The stator can also be made of more than two different composites and / or by more than two different processes. It is also possible for a plurality of regions or partial regions of the stator body and / or a plurality of regions or partial regions of each stator tooth to have different material properties.

Die Teilbereiche der Statorzähne können beispielsweise Spitzen der Statorzähne, einem Rotor zugewandte Flanken der Statorzähne und/oder beliebige andere Bereiche der Statorzähne bezeichnen. For example, the portions of the stator teeth may refer to tips of the stator teeth, rotor-facing edges of the stator teeth, and / or any other portions of the stator teeth.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Weichmagnetische Verbundwerkstoffe (soft magnetic composite, SMC) sind in der Regel eisenbasierte Pulverwerkstoffe, welche durch Verpressen und/oder Wämebehandlung zu soliden Bauteilen verarbeitet werden können, wobei Eisenpartikel des Verbundwerkstoffs meist mit einer Isolationsschicht umzogen sind. Es kann daher erforderlich sein, derartige Werkstoffe bei wesentlich geringeren Temperaturen als Sinterwerkstoffe zu verarbeiten, um ein Verbrennen der Isolationsschicht und damit einhergehend eine chemische Änderung des Werkstoffes zu vermeiden. Meist werden weichmagnetische Verbundwerkstoffe bei Temperaturen unter rund 700 °C verarbeitet, wohingegen Sinterwerkstoffe bei typischen Sintertemperaturen von weit über 1000 °C verarbeitet werden. Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below. Soft magnetic composite materials (SMC) are usually iron-based powder materials, which can be processed by pressing and / or heat treatment to solid components, wherein iron particles of the composite material are usually coated with an insulating layer. It may therefore be necessary to process such materials at significantly lower temperatures than sintered materials in order to avoid burning of the insulating layer and, consequently, a chemical change of the material. Most soft magnetic composites are processed at temperatures below about 700 ° C, whereas sintered materials are processed at typical sintering temperatures of well over 1000 ° C.

Aus weichmagnetischen Verbundwerkstoffen können sich komplexe Statorgeometrien endkonturnah und kostengünstig realisieren lassen. Aufgrund der Isolationsschicht der Eisenpartikel des Verbundwerkstoffes können in dem Stator durch Magnetfelder induzierte Wirbelströme begrenzt und/oder reduziert werden. Derart kann, etwa im Gegensatz zu auf Elektroblechstapeln basierenden Statoren, ferner ein magnetischer Fluss in drei Raumrichtungen innerhalb des Stators geführt werden, d.h. die Statoren können eine dreidimensionale Flussführung aufweisen. From soft magnetic composite materials, complex stator geometries can be realized close to the final contour and cost-effectively. Due to the insulating layer of the iron particles of the composite eddy currents induced in the stator can be limited and / or reduced by magnetic fields. Thus, unlike stators based on electric sheet stacks, moreover, magnetic flux can be conducted in three spatial directions within the stator, i. the stators may have a three-dimensional flux guide.

Bei einer Auswahl eines für den Stator geeigneten weichmagnetischen Verbundwerkstoffs können jedoch Einschränkungen gegeben sein, da gewisse Materialeigenschaften in der Regel nicht gleichzeitig optimiert und/oder angepasst werden können bzw. da gewisse Materialeigenschaften nur auf Kosten anderer Materialeigenschaften optimiert bzw. angepasst werden können. Mit anderen Worten können bei einer Optimierung des Stators Zielkonflikte auftreten, beispielsweise zwischen Dichte und einem elektrischen Widerstand sowie Verlusten bzw. Ummagnetisierungsverlusten, zwischen einer magnetischen Sättigung bzw. einer Sättigungsmagnetisierung und dem elektrischen Widerstand sowie Verlusten, zwischen einer Festigkeit und dem elektrischen Widerstand sowie Verlusten und/oder zwischen einer magnetischen Permeabilität und dem elektrischen Widerstand sowie Verlusten. However, restrictions may be present in the selection of a magnetically soft composite material suitable for the stator since certain material properties can generally not be optimized and / or adapted simultaneously or because certain material properties can only be optimized or adapted at the expense of other material properties. In other words, when optimizing the stator, target conflicts may occur, for example, between density and electrical resistance and losses or magnetic reversal losses, between magnetic saturation and electrical resistance and losses, between strength and electrical resistance, and losses and / or between a magnetic permeability and the electrical resistance as well as losses.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Stators mit lokal unterschiedlichen weichmagnetischen Verbundwerkstoffen bzw. Pulverwerkstoffen und/oder mit lokal unterschiedlich verarbeiteten Verbundwerkstoffen können derartige Zielkonflikte verringert und/oder vermieden werden, so dass der Stator insgesamt hinsichtlich dessen Materialeigenschaften optimiert sein kann. Mit anderen Worten kann so ein optimiertes Statordesign ohne oder mit verringerten Zielkonflikten erreicht werden, so dass eine Maschinenperformance einer mit dem Stator ausgestatteten elektrischen Maschine verbessert sein kann. By virtue of the inventive construction of the stator with locally different soft magnetic composite materials or powder materials and / or with locally differently processed composite materials, such target conflicts can be reduced and / or avoided so that the stator as a whole can be optimized with respect to its material properties. In other words, such an optimized stator design can be achieved without or with reduced target conflicts, so that an engine performance of an electric machine equipped with the stator can be improved.

Allgemein, beispielhaft und den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränkend können verschieden Bereiche des Stators wie nachfolgend beschrieben unterschiedlich mit weichmagnetischem Verbundwerkstoff ausgebildet sein. Beispielsweise können Bereiche hoher Aussteuerung des Stators, wie etwa die Teilbereiche der Statorzähne und/oder Spitzen der Statorzähne, mit einem hochsättigendem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt sein, d.h. einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff, welcher eine im Vergleich zu regulärem eisenbasierten weichmagnetischen Verbundwerkstoff hohe Sättigungsmagnetisierung aufweisen kann, wie z.B. einen Eisen-Cobalt-basierten weichmagnetischen Verbundwerkstoff. Ferner können Bereiche des Stators, in welchen hohe Ummagnetisierungsverluste auftreten können, wie z.B. in den Teilbereichen der Statorzähne und/oder in Spitzen der Statorzähne, verlustarme Verbundwerkstoffe eingesetzt werden. Dies kann etwa durch mit einer verhältnismäßig dicken Isolationsschicht beschichteten Pulverpartikeln realisiert werden, so dass ein Abstand zwischen den Partikeln im Stator erhöht und damit einhergehend eine magnetische Permeabilität sowie die Verluste reduziert sein können. Dagegen kann für Bereiche des Stators, in welchen Streufelder gering gehalten werden sollen, ein hochpermeabler magnetischer Verbundwerkstoff vorgesehen sein. Ferner kann für Bereiche des Stators, welche hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sein können, ein hochfester Verbundwerkstoff vorgesehen sein, was beispielsweise durch eine hohe Pressdichte realisiert werden kann. Dagegen kann für Bereiche des Stators, welche mechanisch an weitere Komponenten der elektrischen Maschine angebunden werden, aber möglichst wenig Fluss leiten sollen, die Pressdichte lokal erniedrigt sein, um die Permeabilität in diesen Bereichen zu senken. Weiter können Bereiche in dem Stator vorgesehen sein, welche thermisch an weitere Komponenten angebunden und/oder gekoppelt sein können. Für derartige Bereiche kann ein Verbundwerkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit eingesetzt werden, welcher durch dessen Oberflächenbeschaffenheit eine Anbindung über Fügeprozesse, wie z.B. Kleben, Löten und/oder Schweißen, beispielsweise an einen Kühlkanal, ermöglichen kann. Generally, by way of example and not limitation of the scope of the invention, various portions of the stator may be formed differently with soft magnetic composite material as described below. For example, high-drive regions of the stator, such as the stator teeth and / or rotor teeth tips, may be fabricated with a high-saturation soft magnetic composite, i. a soft magnetic composite which may have a high saturation magnetization, as compared to regular iron-based soft magnetic composite, e.g. an iron-cobalt-based soft magnetic composite. Further, portions of the stator in which high core loss losses may occur, such as e.g. In the partial areas of the stator teeth and / or in tips of the stator teeth, low-loss composite materials are used. This can be realized, for example, by means of powder particles coated with a relatively thick insulation layer, so that a distance between the particles in the stator can be increased and consequently a magnetic permeability and the losses can be reduced. In contrast, for areas of the stator in which stray fields are to be kept low, a high-permeability magnetic composite material may be provided. Furthermore, for regions of the stator, which may be exposed to high mechanical loads, a high-strength composite material can be provided, which can be realized, for example, by a high compression density. In contrast, for areas of the stator which are mechanically connected to other components of the electric machine, but should conduct as little flow as possible, the compacting density must be reduced locally in order to reduce the permeability in these areas. Furthermore, regions can be provided in the stator, which can be thermally connected to other components and / or coupled. For such areas, a composite material with high thermal conductivity can be used, which by the surface condition of a connection via joining processes, such as. Gluing, soldering and / or welding, for example, to a cooling channel, can allow.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche einen Stator, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, und einen relativ zum Stator um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor aufweist. Die elektrische Maschine kann als Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine ausgeführt sein. Insbesondere kann die elektrische Maschine als Scheibenläufer ausgeführt sein und einen scheibenförmigen mit Permanentmagneten versehenen Rotor aufweisen, welcher zwischen zwei erfindungsgemäßen Statoren aufgenommen sein kann. Ferner kann die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgeführt sein, welche sich beispielsweise durch eine kurze axiale Baulänge auszeichnen kann. Another aspect of the invention relates to an electric machine comprising a stator as described above and below, and has a relative to the stator rotatably mounted about a rotational axis rotor. The electrical machine can be designed as a synchronous machine or as an asynchronous machine. In particular, the electric machine can be designed as a disk rotor and have a disc-shaped rotor provided with permanent magnets, which can be accommodated between two stators according to the invention. Furthermore, the electric machine can be designed as an axial flow machine, which can be characterized, for example, by a short axial length.

Es wird darauf hingewiesen dass Merkmale, Funktionen und Eigenschaften des Stators auch Merkmale, Funktionen und Eigenschaften der elektrischen Maschine sein können und umgekehrt. It should be noted that features, functions and properties of the stator can also be features, functions and properties of the electric machine and vice versa.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stator für eine elektrische Maschine, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben. Merkmale und Schritte des Verfahrens können Merkmale des Stators bzw. der elektrischen Maschine und umgekehrt sein. Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a stator for an electrical machine, as described above and below. Features and steps of the method may be features of the stator and the electrical machine and vice versa.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragen die Statorzähne jeweils in einer axialen Richtung des Stators von dem Statorkörper ab. Mit anderen Worten könne sich die Statorzähne in der axialen Richtung erstrecken. Der erfindungsgemäße Stator kann so insbesondere bei einer Axialflussmaschine in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen. Die Statorzähne des erfindungsgemäßen Stators können sich jedoch alternativ auch im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. According to one embodiment of the invention, the stator teeth protrude from the stator body in each case in an axial direction of the stator. In other words, the stator teeth may extend in the axial direction. The stator according to the invention can thus be used in an advantageous manner, in particular in the case of an axial flow machine. However, the stator teeth of the stator according to the invention may alternatively also extend substantially in the radial direction.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ändert sich die Materialeigenschaft des Stators abrupt und/oder stufenförmig von dem Statorkörper hin zu dem jeweiligen Teilbereich der Statorzähne. Mit anderen Worten können Grenzen und/oder Materialgrenzen zwischen dem ersten und zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff bzw. zwischen dem Statorkörper und den Teilbereichen der Statorzähne scharf ausgebildet sein, so dass sich die Materialeigenschaft bei einem Übergang von Statorkörper zu den Teilbereichen der Statorzähne sprunghaft ändern kann. Derart kann der Stator in räumlich stark begrenzten bzw. innerhalb verhältnismäßig kleiner Bereiche optimiert und/oder angepasst werden, was sich vorteilhaft auf ein Design des gesamten Stators sowie auf die Performance der elektrischen auswirken kann. In diesem Zusammenhang kann eine „abrupte, stufenförmige und/oder sprunghafte“ Änderung der Materialeigenschaft eine Änderung bezüglich einer Position innerhalb des Stators bzw. eine Änderung als Funktion eines Ortes innerhalb des Stators bezeichnen. According to one embodiment of the invention, the material property of the stator changes abruptly and / or in steps from the stator body to the respective partial region of the stator teeth. In other words, boundaries and / or material boundaries between the first and second soft magnetic composite material or between the stator body and the partial areas of the stator teeth can be made sharp, so that the material property can change abruptly when the stator body transitions to the partial areas of the stator teeth. In this way, the stator can be optimized and / or adapted in spatially highly limited or within relatively small areas, which can have an advantageous effect on a design of the entire stator as well as on the performance of the electrical system. In this context, an "abrupt, step-shaped, and / or erratic" change in material property may signify a change in position within the stator or a change as a function of a location within the stator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Materialeigenschaft eine Eigenschaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus magnetische Permeabilität, Sättigungsmagnetisierung bzw. Sättigungspolarisation, thermische Leitfähigkeit, Biegebruchfestigkeit, Dichte und Ummagnetisierungsverlust. In dem Stator kann sich eine oder eine Mehrzahl der voranstehend genannten Materialeigenschaften zwischen Statorkörper und den Teilbereichen der Statorzähne (und/oder weiteren Bereichen/Teilbereichen des Stators) ändern. Derart können für diverse Zwecke vorgesehene bzw. diverse Aufgaben erfüllende Bereiche des Stators hinsichtlich der zur Erreichung des jeweiligen Zweckes erforderlichen Materialeigenschaft(en) bzw. Eigenschaft(en) optimiert werden. According to one embodiment of the invention, the material property is a property selected from the group consisting of magnetic permeability, saturation magnetization or saturation polarization, thermal conductivity, flexural strength, density and core loss. In the stator, one or a plurality of the aforementioned material properties may change between stator body and the partial regions of the stator teeth (and / or further regions / partial regions of the stator). In this way, areas of the stator which are intended for various purposes or fulfill various tasks can be optimized with regard to the material property (s) or property (s) required to achieve the respective purpose.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stator einstückig gefertigt. Grundsätzlich kann der Stator auch mehrteilig aufgebaut sein. Eine einstückige Ausführung kann sich jedoch vorteilhaft auf eine mechanische Stabilität und Robustheit des Stators auswirken. Auch kann dadurch eine Anzahl von Montageschritten bei einer Herstellung des Stators reduziert sein, so dass der Stator kostengünstig produziert werden kann. According to one embodiment of the invention, the stator is made in one piece. In principle, the stator can also be constructed in several parts. However, a one-piece design can advantageously affect a mechanical stability and robustness of the stator. Also, this can reduce a number of assembly steps in a production of the stator, so that the stator can be produced inexpensively.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff und der zweite weichmagnetische Verbundwerkstoff mit unterschiedlichen Anpressdrücken verarbeitet und/oder bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt, so dass sich die wenigstens eine Materialeigenschaft des Stators von dem Statorkörper hin zu dem jeweiligen Teilbereich der Statorzähne ändert. Mit anderen Worten kann eine unterschiedliche Verarbeitung des ersten und zweiten Verbundwerkstoffes durch Verpressen mit unterschiedlichem Anpressdruck und/oder durch Erwärmen auf unterschiedliche Temperaturen des ersten und zweiten Verbundwerkstoffes realisiert sein. Ein unterschiedlicher Anpressdruck kann sich beispielsweise in einer unterschiedlichen Pressdichte des ersten und zweiten Verbundwerkstoffes niederschlagen, was wiederum in einer unterschiedlichen Materialeigenschaft resultieren kann. According to an embodiment of the invention, the first soft magnetic composite and the second soft magnetic composite are processed with different contact pressures and / or heat treated at different temperatures such that the at least one material property of the stator changes from the stator body to the respective portion of the stator teeth. In other words, a different processing of the first and second composite material can be realized by pressing with different contact pressure and / or by heating to different temperatures of the first and second composite material. A different contact pressure can be reflected for example in a different compression density of the first and second composite material, which in turn can result in a different material property.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Statorzähne jeweils zumindest in dem Teilbereich aus einem FeCo-basierten (Eisen-Cobalt-basierten) weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt. D.h. der erste Verbundwerkstoff kann FeCo basiert sein. Derart kann eine Sättigungsmagnetisierung bzw. Sättigungspolarisation in den Teilbereichen der Statorzähne, welche in einer elektrischen Maschine beispielsweise einem mit Permanentmagneten versehenen Rotor zugewandt sein können, in vorteilhafter Weise erhöht sein, so dass erhöhte Magnetfeldstärken eines den Rotor antreibende Magnetfeldes erreicht werden können. According to one embodiment of the invention, the stator teeth are each made at least in the subregion of an FeCo-based (iron-cobalt-based) soft magnetic composite material. That the first composite can be FeCo based. In this way, a saturation magnetization or saturation polarization in the partial regions of the stator teeth, which in an electric machine may, for example, face a rotor provided with permanent magnets, may advantageously be increased, so that increased magnetic field strengths of a magnetic field driving the rotor can be achieved.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Statorkörper zumindest teilweise aus einem Fe-basierten (Eisen-basierten) weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt. D.h. der zweite Verbundwerkstoff kann rein Fe-basiert sein. According to one embodiment of the invention, the stator body is at least partially made of an Fe-based (iron-based) soft magnetic composite material. This means that the second composite material can be purely Fe-based.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Statorzähne jeweils zumindest in dem Teilbereich eine höhere Sättigungsmagnetisierung auf als der Statorkörper, und/oder die Statorzähne weisen jeweils zumindest in dem Teilbereich eine Sättigungsmagnetisierung von wenigstens 1,8 T auf, beispielsweise von wenigstens 1,9 T und vorzugsweise von wenigstens 2,1 T. Derart kann in den Teilbereichen der Statorzähne, welche vornehmlich zur Erzeugung des den Rotor antreibenden Magnetfeldes ausgebildet sein können, die maximal erzeugbare Magnetfeldstärke in vorteilhafter Weise gegenüber anderen Bereichen des Stators erhöht sein. Dies kann erlauben, lediglich in den für den Antrieb des Rotors relevanten Teilbereichen der Statorzähne einen teuren und hochsättigenden Verbundwerkstoff, wie etwa Fe-Co basiertem, und in anderen Bereichen des Stators einen kostengünstigeren einzusetzen. Insgesamt können so Kosten für den Stator reduziert sein. According to one embodiment of the invention, the stator teeth each have at least in the subregion a higher saturation magnetization than the stator body, and / or the stator teeth each have a saturation magnetization of at least 1.8 T, for example of at least 1.9 T and at least in the subregion preferably of at least 2.1 T. Thus, in the partial regions of the stator teeth, which may be designed primarily for generating the magnetic field driving the rotor, the maximum magnetic field strength that can be generated is advantageously increased in comparison to other regions of the stator. This may allow only in the parts of the stator teeth relevant to the drive of the rotor to use an expensive and high-saturation composite material, such as Fe-Co-based, and in other areas of the stator a more cost-effective. Overall, this can be reduced costs for the stator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Statorkörper zumindest teilweise eine höhere Dichte und/oder eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Teilbereiche der Statorzähne auf. Die höhere Dichte kann eine höhere Pressdichte bezeichnen, welche insbesondere durch einen höheren Anpressdruck bei der Fertigung des Stators realisiert sein kann. So kann in vorteilhafter Weise eine mechanische Stabilität des Statorkörpers erhöht sein, welcher insbesondere zur Anbindung des Stators an weitere Komponenten der elektrischen Maschine dienen kann. Auch kann dadurch eine thermische Leitfähigkeit des Statorkörpers gesteigert sein, so dass Wärme besser über den Statorkörper an beispielsweise einen daran angebundenen Kühlkanal abgeführt werden kann. Die thermische Leitfähigkeit des Statorkörpers kann ferner gegenüber einer thermischen Leitfähigkeit der Teilbereiche der Statorzähne dadurch erhöht sein, dass der zweite weichmagnetische Verbundwerkstoff einen höheren volumenmäßigen und/oder gewichtsmäßigen Anteil von Metall enthält als der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff. Entsprechend kann der Metall-Anteil in dem Statorkörper höher sein als in den Teilbereichen der Statorzähne. According to one embodiment of the invention, the stator body has at least partially a higher density and / or a higher thermal conductivity than the partial areas of the stator teeth. The higher density may denote a higher press density, which may be realized in particular by a higher contact pressure in the manufacture of the stator. Thus, advantageously, a mechanical stability of the stator body can be increased, which can serve in particular for connecting the stator to other components of the electrical machine. This can also increase the thermal conductivity of the stator body, so that heat can be better dissipated via the stator body to, for example, a cooling channel connected to it. The thermal conductivity of the stator body can also be increased compared to a thermal conductivity of the portions of the stator teeth in that the second soft magnetic composite material contains a higher volume and / or weight proportion of metal than the first soft magnetic composite material. Accordingly, the metal content in the stator body may be higher than in the partial areas of the stator teeth.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Übergangsbereich zwischen dem Statorkörper und den Statorzähnen jeweils eine Biegebruchfestigkeit von wenigstens 70 MPa auf. Übergangsbereiche zwischen dem Statorkörper und den Statorzähnen können erheblichen mechanischen Belastungen durch Magnetkräfte ausgesetzt sein, so dass eine erhöhte Biegebruchfestigkeit in vorteilhafter Weise eine Robustheit und Lebensdauer des Stators erhöhen kann. According to one embodiment of the invention, a transition region between the stator body and the stator teeth each has a bending strength of at least 70 MPa. Transition areas between the stator body and the stator teeth can be exposed to considerable mechanical loads due to magnetic forces, so that an increased bending strength can advantageously increase the robustness and life of the stator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Statorzähne jeweils zumindest in dem Teilbereich eine höhere magnetische Permeabilität auf als der Statorkörper, und/oder die Statorzähne weisen jeweils zumindest in dem Teilbereich eine magnetische Permeabilität von wenigstens 500 auf, beispielsweise wenigstens 550 und vorzugsweise wenigstens 600. Derart können Streufelder in vorteilhafter Weise in den Teilbereichen der Statorzähne reduziert sein. According to one embodiment of the invention, the stator teeth each have at least in the subregion a higher magnetic permeability than the stator body, and / or the stator teeth each have at least in the subregion a magnetic permeability of at least 500, for example at least 550, and preferably at least 600. Such For example, stray fields can advantageously be reduced in the partial regions of the stator teeth.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Statorzähne jeweils zumindest in dem Teilbereich geringere Ummagnetisierungsverluste auf als der Statorkörper. Beispielsweise können Verluste in den Teilbereichen der Statorzähne unter rund 140 W/kg bei 1 T und 1 kHz liegen. Beispielsweise kann dies durch einen Einsatz bzw. Verwendung eines ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes mit wirksamerer, d.h. hochohmigerer bzw. z.B. dickerer, Isolationsschicht als bei dem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff realisiert sein. Eine dickere Isolationsschicht kann beispielsweise einen Wirbelstromanteil und/oder einen Excessanteil der Ummagnetisierungsverluste reduzieren, so dass sich bei mittleren und hohen Frequenzen reduzierte Gesamtverluste ergeben können. Ferner kann die Permeabilität durch eine dickere Isolationsschicht reduziert sein. Vorzugsweise können Partikel des ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffs daher eine dünne hochohmige Isolationsschicht aufweisen, die keine oder nur eine geringfügige Verschlechterung bzw. Reduzierung der Permeabilität zur Folge hat. According to one embodiment of the invention, the stator teeth each have at least in the subregion lower Ummagnetisierungsverluste than the stator body. For example, losses in the partial areas of the stator teeth may be below about 140 W / kg at 1 T and 1 kHz. For example, this can be achieved by employing a first soft magnetic composite with more effective, i. higher resistance or e.g. thicker, insulating layer than be realized in the second soft magnetic composite. A thicker insulation layer can, for example, reduce an eddy-current component and / or an excess component of the magnetization losses, so that reduced overall losses can result at medium and high frequencies. Furthermore, the permeability can be reduced by a thicker insulating layer. Preferably, therefore, particles of the first soft magnetic composite material can have a thin high-resistance insulation layer, which results in no or only slight deterioration or reduction of the permeability.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine. Das Verfahren weist den Schritt des Einbringens eines ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes in wenigstens einen Teilbereich einer Kavität eines Presswerkzeugs zum Ausbilden wenigstens eines Teilbereichs von Statorzähnen des Stators auf. Weiter weist das Verfahren den Schritt des Einbringens eines zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes in die Kavität zum zumindest teilweisen Ausbilden eines Statorkörpers des Stators und den Schritt des Verpressens und/oder Erhitzens des ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes und des zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes auf. Das Verpressen und/oder Erhitzen kann insbesondere zum Aushärten und/oder Verfestigen des Stators erfolgen. Der erste und zweite Verbundwerkstoff können dabei gemeinsam oder getrennt voneinander verpresst werden. Dabei kann „getrennt voneinander“ räumlich getrennt und/oder zeitlich nacheinander bedeuten. Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a stator for an electrical machine. The method comprises the step of introducing a first soft magnetic composite into at least a portion of a cavity of a pressing tool to form at least a portion of stator teeth of the stator. Further, the method comprises the step of introducing a second soft magnetic composite into the cavity for at least partially forming a stator body of the stator and the step of compressing and / or heating the first soft magnetic composite and the second soft magnetic composite. The pressing and / or heating can be carried out in particular for hardening and / or solidifying the stator. The first and second composite materials can be pressed together or separately from each other. In this case, "separated from one another" may mean spatially separated and / or in chronological succession.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff vorgepresst in die Kavität eingebracht, und/oder das Verfahren weist weiter die Schritte von Vorpressen des ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes sowie Erweitern der Kavität des Presswerkzeugs nach Vorpressen des ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes und vor Einbringen des zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes auf. According to an embodiment of the invention, the first soft magnetic composite is pre-pressed into the cavity, and / or the method further comprises the steps of prepressing the first soft magnetic composite and expanding the cavity of the pressing tool after prepressing the first soft magnetic composite and before introducing the second soft magnetic composite on.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Presswerkzeug mehrere Pressstempel auf, so dass während des Verpressens des ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes und des zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoffes unterschiedliche Bereiche des Stators, beispielsweise die Teilbereiche der Statorzähne und zumindest ein Teil des Statorkörpers, mit unterschiedlich hohen Anpressdrücken verpresst werden. Ein Anpressdruck des Presswerkzeugs bzw. des zugehörigen Pressstempels für den Statorkörper des Stators kann dabei höher sein als ein Anpressdruck für die Statorzähne des Stators. According to one embodiment of the invention, the pressing tool has a plurality of press punches, so that during the pressing of the first soft magnetic composite material and the second soft magnetic composite material different regions of the stator, for example, the portions of the stator teeth and at least a portion of the stator body are pressed with different high contact pressures. A contact pressure of the pressing tool or of the associated press ram for the stator body of the stator can be higher than a contact pressure for the stator teeth of the stator.

Mit anderen Worten kann der Stator aus lokal unterschiedlichen weichmagnetischen Verbundwerkstoffen, insbesondere dem ersten und zweiten Verbundwerkstoff, und/oder aus lokal optimierten bzw. angepassten weichmagnetischen Verbundwerkstoffen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch realisiert werden, dass die Kavität des Presswerkzeugs lokal mit unterschiedlichen und/oder spezifischen weichmagnetischen Verbundwerkstoffen befüllt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, einen z.B. nicht mit vollem Druck vorgepressten Grünling (sog. „Inlay“) des ersten Verbundwerkstoffes bzw. eine Mehrzahl davon zum Ausbilden der Teilbereiche der Statorzähne in die Kavität einzulegen, diese mit dem zweiten Verbundwerkstoff zu befüllen und beide Verbundwerkstoffe zu verpressen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, den Anpressdruck verschiedener Pressstempel des Presswerkzeugs unterschiedlich zu wählen, so dass die Dichte und/oder Festigkeit des Stators lokal variiert werden kann, um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erhalten. In other words, the stator of locally different soft magnetic composites, in particular the first and second composite material, and / or locally optimized or adapted soft magnetic composites in the context of the inventive method can be realized in that the cavity of the pressing tool locally with different and / or specific soft magnetic composites is filled. Alternatively or additionally, it may be provided that a e.g. not pre-pressed with full pressure green compact (so-called "inlay") of the first composite material or a plurality of them to form the portions of the stator teeth in the cavity to fill them with the second composite material and to compress both composite materials. Alternatively or additionally, it may be provided to select the contact pressure of different pressing dies of the pressing tool differently, so that the density and / or strength of the stator can be locally varied in order to obtain different material properties.

Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile des Stators, der elektrischen Maschine und des Verfahrens hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. It should be understood that some of the possible features and advantages of the stator, electrical machine, and method are described herein with respect to various embodiments. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer elektrischen Maschine. 1 shows an exploded view of an electrical machine.

2A zeigt einen Stator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2A shows a stator according to an embodiment of the invention.

2B zeigt einen Schnitt durch den Stator aus 2A. 2 B shows a section through the stator 2A ,

3A zeigt einen Stator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3A shows a stator according to an embodiment of the invention.

3B zeigt einen Schnitt durch den Stator aus 3A. 3B shows a section through the stator 3A ,

4 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zum Herstellen eins Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a flowchart for illustrating steps of a method for manufacturing a stator according to an embodiment of the invention.

5A bis 5C illustrieren jeweils Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eins Stators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 5A to 5C respectively illustrate steps of a method of manufacturing a stator according to an embodiment of the invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer als Scheibenläufer ausgeführten elektrischen Maschine 10, bei welcher die Erfindung eingesetzt bzw. angewendet werden kann. Die dargestellte elektrische Maschine 10 ist als Axialflussmaschine und Synchronmaschine ausgeführt. 1 shows an exploded view of a running as a pancake electric machine 10 in which the invention can be used or applied. The illustrated electric machine 10 is designed as Axialflussmaschine and synchronous machine.

Die elektrische Maschine 10 weist eine Nabe 11, einen Gehäusemantel 13 sowie einen Gehäusedeckel 15 auf, welcher mit Befestigungsmitteln 17, wie beispielsweise Schrauben, Nieten und/oder Bolzen, an dem Gehäusemantel 13 befestigt ist. The electric machine 10 has a hub 11 , a housing shell 13 and a housing cover 15 on which with fasteners 17 , such as screws, rivets and / or bolts, on the housing shell 13 is attached.

Die Nabe 11 ist drehfest mit einem scheibenförmigen und mit Permanentmagneten versehenen Rotor 12 verbunden, wobei der Rotor 12 in axialer Richtung 14 zwischen zwei Statoren 16 aufgenommen ist. Die Statoren 16 können dabei erfindungsgemäß ausgebildet sein, wie in nachfolgenden Figuren im Detail beschrieben. The hub 11 is non-rotatable with a disk-shaped and provided with permanent magnets rotor 12 connected, wherein the rotor 12 in the axial direction 14 between two stators 16 is included. The stators 16 can be designed according to the invention, as described in detail in the following figures.

2A zeigt einen Stator 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2B zeigt einen Schnitt durch den Stator 16 aus 2A. 2A shows a stator 16 according to an embodiment of the invention. 2 B shows a section through the stator 16 out 2A ,

Der Stator 16 weist einen ringförmig ausgebildeten Statorkörper 18 auf. Weiter weist der Stator 16 eine Mehrzahl von Statorzähnen 22 auf, welche von einer Grundfläche 20 bzw. einer Seite 20 des Statorkörpers 18 in der axialen Richtung 14 abragen. Der Statorkörper 18 und die Statorzähne 22 können dabei einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein. The stator 16 has a ring-shaped stator body 18 on. Next, the stator 16 a plurality of stator teeth 22 on which of a base area 20 or a page 20 of the stator body 18 in the axial direction 14 protrude. The stator body 18 and the stator teeth 22 can be made in one piece or multiple parts.

Der Statorkörper 18 und die Statorzähne 22 sind dabei jeweils aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt. Wie in dem Schnittbild der 2B, welches einen Schnitt durch einen der Statorzähne 22 und den Statorkörper 18 darstellt, schematisch illustriert, sind die Statorzähne 22 jeweils zumindest in einem Teilbereich 24 der Statorzähne 22 aus einem ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 26 gefertigt. Die Teilbereiche 24 können dabei insbesondere Bereiche der Statorzähne 22 sein, welche an einem Innenumfang des Stators 16 ausgebildet sind und welche beispielsweise dem mit Permanentmagneten versehenen Rotor 12 zugewandt sein können. Alternativ oder zusätzlich können die Teilbereiche 24 jeweils an einem axialen dem Statorkörper 18 gegenüberliegenden und von diesem abragenden Ende 25 der Statorzähne 22 ausgebildet sein. Weitere Teilbereiche der Statorzähne 22 können aus einem von dem ersten Verbundwerkstoff verschiedenen weichmagnetischen Verbundwerkstoff gefertigt sein. Auch können die Statorzähne 22 vollständig aus dem ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 26 gefertigt sein. The stator body 18 and the stator teeth 22 are each made of a soft magnetic composite material. As in the sectional picture of the 2 B , which is a section through one of the stator teeth 22 and the stator body 18 schematically illustrated, are the stator teeth 22 each at least in a subarea 24 the stator teeth 22 from a first soft magnetic composite material 26 manufactured. The subareas 24 can in particular areas of the stator teeth 22 be, which on an inner circumference of the stator 16 are formed and which, for example, the rotor provided with permanent magnets 12 may be facing. Alternatively or additionally, the subregions 24 each at an axial stator stator 18 opposite and projecting from this end 25 the stator teeth 22 be educated. Further sections of the stator teeth 22 may be made of a soft magnetic composite material different from the first composite material. Also, the stator teeth 22 completely made of the first soft magnetic composite material 26 be made.

Der Statorkörper 18 ist teilweise oder vollständig aus einem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 28 gefertigt. Der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff 26 und der zweite weichmagnetische Verbundwerkstoff 28 sind dabei derart unterschiedlich und/oder derart unterschiedlich verarbeitet, dass sich wenigstens eine Materialeigenschaft des Stators 16 von dem Statorkörper 18 hin zu dem jeweiligen Teilbereich 24 der Statorzähne 22 ändert. Die Materialeigenschaft ändert sich dabei an einer Grenze 30 bzw. einer Grenzfläche 30 zwischen dem aus dem zweiten Verbundwerkstoff 28 gefertigten Statorkörper 18 und dem aus dem ersten Verbundwerkstoff 26 gefertigten Teilbereich 24 der Statorzähne 22 abrupt, stufenförmig und/oder sprunghaft, was insbesondere darauf zurückzuführen sein kann, dass die Grenzfläche 30 verhältnismäßig scharf ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten ändert sich die Materialeigenschaft als Funktion eines Ortes und/oder einer Position innerhalb des Stators 16 von dem Statorkörper 18 hin zu den Teilbereichen 24 der Statorzähne 22 abrupt, stufenförmig und/oder sprunghaft. The stator body 18 is partially or completely made of a second soft magnetic composite 28 manufactured. The first soft magnetic composite 26 and the second soft magnetic composite 28 are so different and / or processed so differently that at least one material property of the stator 16 from the stator body 18 towards the respective subarea 24 the stator teeth 22 changes. The material property changes at a border 30 or an interface 30 between the second composite material 28 manufactured stator body 18 and from the first composite material 26 finished part 24 the stator teeth 22 abrupt, stepwise and / or erratic, which may in particular be due to the fact that the interface 30 can be relatively sharp. In other words, the material property changes as a function of a location and / or position within the stator 16 from the stator body 18 towards the subareas 24 the stator teeth 22 abrupt, stepped and / or erratic.

Allgemein kann die Materialeigenschaft eine magnetische Permeabilität, eine Sättigungsmagnetisierung, eine thermische Leitfähigkeit, eine Biegefestigkeit, eine Biegebruchfestigkeit, eine Dichte und/oder ein Ummagnetisierungsverlust sein. Allgemein kann die sich ändernde Materialeigenschaft dadurch realisiert sein, dass der erste und zweite Verbundwerkstoff 26, 28 unterschiedlich verarbeitet sind, beispielsweise durch Verpressen des Statorkörpers 18 und der Teilbereiche 24 bei unterschiedlichen Anpressdrücken und/oder durch Erhitzen des Statorkörpers 18 und der Teilbereiche 24 auf unterschiedliche Temperaturen. Alternativ oder zusätzlich kann die sich ändernde Materialeigenschaft dadurch realisiert sein, dass der erste Verbundwerkstoff 26 verschieden von dem zweitem Verbundwerkstoff 28 ist. Der Stator 16 kann auch aus mehr als zwei unterschiedlichen Verbundwerkstoffen und/oder durch mehr als zwei unterschiedliche Verarbeitungen gefertigt sein. In general, the material property may be magnetic permeability, saturation magnetization, thermal conductivity, flexural strength, flexural strength, density, and / or lost magnetization loss. In general, the changing material property can be realized by having the first and second composite materials 26 . 28 are processed differently, for example by pressing the stator body 18 and the subareas 24 at different contact pressures and / or by heating the stator body 18 and the subareas 24 to different temperatures. Alternatively or additionally, the changing material property can be realized in that the first composite material 26 different from the second composite 28 is. The stator 16 can also be made of more than two different composites and / or by more than two different processes.

Beispielhaft können die Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 aus einem FeCo-basierten ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 26 gefertigt sein und der Statorkörper 18 kann zumindest teilweise aus einem Fe-basierten zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 28 gefertigt sein. Derart kann erreicht werden, dass die Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 eine höhere Sättigungsmagnetisierung aufweisen als der Statorkörper 18. Die Sättigungsmagnetisierung bei Verwendung des FeCo-basierten Verbundwerkstoffes kann bei wenigstens 2,1 T liegen, so dass in vorteilhafter Weise eine Feldstärke eines zum Antrieb des Rotors 12 dienenden Magnetfeldes erhöht sein kann. By way of example, the subareas 24 the stator teeth 22 made of an FeCo-based first soft magnetic composite material 26 be made and the stator body 18 may be at least partially made of an Fe-based second soft magnetic composite 28 be made. In this way it can be achieved that the subregions 24 the stator teeth 22 have a higher saturation magnetization than the stator body 18 , The saturation magnetization when using the FeCo-based composite material can be at least 2.1 T, so that advantageously a field strength of one for driving the rotor 12 serving magnetic field can be increased.

Ferner kann der Statorkörper 18 zumindest teilweise eine höhere Dichte aufweisen als die Teilbereiche 24 der Statorzähne 22, was z.B. durch einen höheren Anpressdruck bei Ausbildung des Statorkörpers 18 realisiert sein kann. Derart kann eine Festigkeit und/oder thermische Leitfähigkeit des Statorkörpers 18 in vorteilhafter Weise gegenüber einer Festigkeit und/oder thermischen Leitfähigkeit der Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 erhöht sein. Die thermische Leitfähigkeit des Statorkörpers 18 kann ferner dadurch erhöht werden, dass der zweite Verbundwerkstoff 28 einen höheren Metall-Anteil als der erste Verbundwerkstoff 26 aufweist. Der Statorkörper 18 kann beispielsweise an einer der Seite 20 gegenüberliegenden Seite 31 an einen Kühlkanal und/oder eine Kühlvorrichtung der elektrischen Maschine 10 angebunden sein, so dass aufgrund der erhöhten thermischen Leitfähigkeit Wärme effizient von den Statorzähnen 22 über den Statorkörper 18 abgeführt werden kann. Furthermore, the stator body 18 at least partially have a higher density than the subregions 24 the stator teeth 22 , which, for example, by a higher contact pressure when forming the stator body 18 can be realized. Such a strength and / or thermal conductivity of the stator body 18 in an advantageous manner compared to a strength and / or thermal conductivity of the subregions 24 the stator teeth 22 be elevated. The thermal conductivity of the stator body 18 can also be increased by the fact that the second composite material 28 a higher metal content than the first composite material 26 having. The stator body 18 for example, on one of the page 20 opposite side 31 to a cooling channel and / or a cooling device of the electrical machine 10 Tethered so that due to the increased thermal conductivity heat efficiently from the stator teeth 22 over the stator body 18 can be dissipated.

Alternativ oder zusätzlich können Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 eine höhere magnetische Permeabilität aufweisen als der Statorkörper 18. Beispielsweise kann die magnetische Permeabilität der Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 wenigstens 500, vorzugsweise wenigstens 600, betragen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Partikel des ersten Verbundwerkstoffes 26 eine dünnere Isolationsschicht aufweisen als Partikel des zweiten Verbundwerkstoffes 28. Die gegenüber dem Statorkörper 18 erhöhte magnetische Permeabilität der Teilbereiche 24 kann sich vorteilhaft auf eine Reduzierung von Streufeldern in den Teilbereichen 24 auswirken. Alternatively or additionally, subareas 24 the stator teeth 22 have a higher magnetic permeability than the stator body 18 , For example, the magnetic permeability of the subregions 24 the stator teeth 22 at least 500, preferably at least 600. This can be achieved, for example, by particles of the first composite material 26 a have thinner insulation layer than particles of the second composite material 28 , The opposite to the stator body 18 increased magnetic permeability of the subregions 24 can be beneficial to a reduction of stray fields in the sub-areas 24 impact.

3A zeigt einen Stator 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3B zeigt einen Schnitt durch den Stator 16 aus 3A. Sofern nicht anders beschrieben kann der Stator 16 der 3A und 3B dieselben Elemente und Merkmale wie der Stator 16 der 2A und 2B aufweisen. 3A shows a stator 16 according to an embodiment of the invention. 3B shows a section through the stator 16 out 3A , Unless otherwise stated, the stator 16 of the 3A and 3B the same elements and features as the stator 16 of the 2A and 2 B exhibit.

Der Stator 16 weist einen ringförmigen Statorkörper 18 auf, an welchem an einem Innenumfang radiale Abragungen 23 angeordnet sind, welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung des Stators 16 erstrecken. Von den Abragungen 23 ragen wiederum die Statorzähne 22 in axialer Richtung 14 des Stators 16 ab. An einem Außenumfang des Statorkörpers 18 ist ferner ein Statorrand 27 ausgebildet, welcher den Statorkörper 18 ringförmig umläuft und welcher im Wesentlichen parallel zu den Statorzähnen 22 von dem Statorkörper 18 abragt. The stator 16 has an annular stator body 18 on, on which on an inner circumference radial projections 23 are arranged, which are substantially in the radial direction of the stator 16 extend. From the Abragungen 23 in turn protrude the stator teeth 22 in the axial direction 14 of the stator 16 from. On an outer circumference of the stator body 18 is also a stator edge 27 formed, which the stator body 18 circulates annularly and which is substantially parallel to the stator teeth 22 from the stator body 18 protrudes.

Ein Übergangsbereich 32 zwischen dem Statorkörper 18 bzw. den Abragungen 23 und den Statorzähnen 22 kann aufgrund von Magnetkräften stark mechanisch beansprucht sein. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und/oder einer Dichte der Übergangsbereiche 32 können diese mit im Vergleich zu dem Statorkörper 18 und/oder zu den Statorzähnen 22 erhöhtem Anpressdruck gefertigt sein. Derart kann eine Biegebruchfestigkeit der Übergangsbereiche 32 in vorteilhafter Weise erhöht sein und die mechanische Stabilität des Stators 16 kann insgesamt erhöht sein. Die Biegebruchfestigkeit der Übergangsbereiche 32 kann dabei wenigstens 70 MPa betragen. A transition area 32 between the stator body 18 or the Abragungen 23 and the stator teeth 22 can be heavily stressed mechanically due to magnetic forces. To increase the mechanical stability and / or a density of the transition regions 32 These can be compared to the stator body 18 and / or to the stator teeth 22 be made increased contact pressure. Such a bending strength of the transition areas 32 be increased advantageously and the mechanical stability of the stator 16 can be increased overall. The bending strength of the transition areas 32 can be at least 70 MPa.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 2A und 2B sind die Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 an einer radial nach innen, d.h. in Richtung eines Zentrums des Stators 16, gerichteten Flanke 21 der Statorzähne 22 ausgebildet. Beispielsweise kann der Stator 16 einen Rotor 12 entlang eines Außenumfangs zumindest teilweise umlaufen. Die Teilbereiche 24 können somit diejenigen Bereiche der Statorzähne 22 bezeichnen, welche dem Rotor 12 zugewandt sind. In contrast to the embodiment of 2A and 2 B are the subareas 24 the stator teeth 22 at a radially inward, ie in the direction of a center of the stator 16 , directed flank 21 the stator teeth 22 educated. For example, the stator 16 a rotor 12 orbit at least partially along an outer circumference. The subareas 24 can thus those areas of the stator teeth 22 denote which the rotor 12 are facing.

Wie in 3B angedeutet, muss der Statorkörper 18 nicht zwingend vollständig aus dem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 28 gefertigt sein, sondern Bereiche 29 des Statorkörpers 18 und/oder der Abragungen 23 sowie insbesondere der Statorrand 27 können aus einem weiteren und/oder einem anders verarbeiteten Verbundwerkstoff gefertigt sein. As in 3B indicated, the stator body 18 not necessarily completely made of the second soft magnetic composite material 28 be made, but areas 29 of the stator body 18 and / or the interviews 23 and in particular the stator edge 27 can be made of another and / or a differently processed composite material.

Analog dem oben Ausgeführten ändert sich eine oder mehrere Materialeigenschaften abrupt, stufenförmig und/oder sprunghaft an Grenzflächen zwischen verschieden Bereichen des Stators 16, wie zum Beispiel an der Grenzfläche 30 zwischen Statorkörper 18 und den Teilbereichen 24 der Statorzähne 22, an einer Grenzfläche 30a zwischen Statorkörper 18 und den Übergangsbereichen 32, an einer Grenzfläche 30b zwischen den Übergangsbereichen 32 und den Teilbereichen 24 sowie an einer Grenzfläche 30c zwischen weiteren Bereichen 19 der Statorzähne 22 und den Teilbereichen 24 der Statorzähne 22. Analogous to the above, one or more material properties change abruptly, stepwise and / or abruptly at interfaces between different regions of the stator 16 , such as at the interface 30 between stator body 18 and the subareas 24 the stator teeth 22 , at an interface 30a between stator body 18 and the transition areas 32 , at an interface 30b between the transition areas 32 and the subareas 24 as well as at an interface 30c between other areas 19 the stator teeth 22 and the subareas 24 the stator teeth 22 ,

4 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zum Herstellen eins Stators 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 4 FIG. 12 is a flow chart illustrating steps of a method of manufacturing a stator. FIG 16 according to an embodiment of the invention.

In einem Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff 26 in wenigstens einen Teilbereich einer Kavität eines Presswerkzeugs zum Ausbilden der Teilbereich 24 der Statorzähne 22 eingebracht. In einem Schritt S2 wird der zweite weichmagnetische Verbundwerkstoff 28 in die Kavität zum zumindest teilweisen Ausbilden des Statorkörpers 18 eingebracht. In einem Schritt S3 werden der erste und zweite Verbundwerkstoff 26, 28 zur Verfestigung des Stators 16 verpresst und/oder erhitzt. Der erste und zweite Verbundwerkstoff 26, 28 können dabei gemeinsam verpresst werden. Auch können die Verbundwerkstoffe 26, 28 räumlich und/oder zeitlich getrennt voneinander verpresst werden, so dass unterschiedliche Anpressdrücke für den ersten und zweiten Verbundwerkstoff 26, 28 eingesetzt werden können. In a step S1 of the method according to the invention, the first soft magnetic composite material 26 in at least a portion of a cavity of a pressing tool for forming the portion 24 the stator teeth 22 brought in. In a step S2, the second soft magnetic composite material becomes 28 into the cavity for at least partially forming the stator body 18 brought in. In a step S3, the first and second composite materials 26 . 28 for solidification of the stator 16 pressed and / or heated. The first and second composite materials 26 . 28 can be pressed together. Also, the composites can 26 . 28 spatially and / or temporally separated from each other be pressed, so that different contact pressures for the first and second composite material 26 . 28 can be used.

5A bis 5C illustrieren jeweils Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eins Stators 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist ein Presswerkzeug 100 mit einer Mehrzahl von Pressstempeln 102 sowie einer Kavität 104, welche zwischen sich gegenüberliegenden Pressstempeln 102 ausgebildet ist. 5A to 5C respectively illustrate steps of a method of manufacturing a stator 16 according to an embodiment of the invention. Shown is a pressing tool 100 with a plurality of press dies 102 as well as a cavity 104 , which between opposing press punches 102 is trained.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kavität 104 mit dem ersten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 26 befüllt und mit einem Teil der Pressstempel 102 bei einem ersten Anpressdruck verpresst, wie in 5A illustriert. In einem weiteren Schritt wird die Kavität 104 durch Verlagern zumindest eines Teils der Presstempel 102 erweitert, mit dem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 28 befüllt und anschließend verpresst, wie in 5B und 5C illustriert. Derart können z.B. die Teilbereiche 24 der Statorzähne 22 und der Statorkörper 18 mit unterschiedlichen Materialeigenschaften ausgebildet werden, so wie obenstehend im Detail ausgeführt. In a first step of the method according to the invention, the cavity 104 with the first soft magnetic composite 26 filled and with a part of the press stamp 102 compressed at a first contact pressure, as in 5A illustrated. In a further step, the cavity 104 by displacing at least a portion of the ram dies 102 extended, with the second soft magnetic composite 28 filled and then pressed, as in 5B and 5C illustrated. For example, the subareas 24 the stator teeth 22 and the stator body 18 be formed with different material properties, as stated above in detail.

Alternativ oder zusätzlich kann der erste weichmagnetische Verbundwerkstoff 26 als Grünling in dem Presswerkzeug 100 vorgepresst werden und in eine Kavität eines weiteren Werkzeugs eingelegt werden. Die Kavität kann dann mit dem zweiten weichmagnetischen Verbundwerkstoff 28 befüllt werden und gemeinsam mit dem ersten Verbundwerkstoff 26 verpresst werden. Alternatively or additionally, the first soft magnetic composite material 26 as a green compact in the pressing tool 100 be pre-pressed and placed in a cavity of another tool. The cavity can then with the second soft magnetic composite 28 filled and together with the first composite material 26 be pressed.

Alternativ oder zusätzlich kann zuerst der erste Verbundwerkstoff 26 in bestimmte Bereiche der Kavität 104 eingebracht werden und der zweite Verbundwerkstoff 28 kann darüber in weitere Bereiche der Kavität 104 eingebracht werden. Der erste und zweite Verbundwerkstoff 26, 28 können dann gemeinsam verpresst werden. Beispielsweise können so die Statorzähne 22 bzw. die Teilbereiche 24 mit FeCo-basiertem Verbundwerkstoff und der Statorkörper 18 und/oder ein Sockel eines Zahnsegments, kann aus Fe-basiertem Verbundwerkstoff gefertigt werden. Alternatively or additionally, first, the first composite material 26 into certain areas of the cavity 104 and the second composite material 28 can do so in more areas of the cavity 104 be introduced. The first and second composite materials 26 . 28 can then be pressed together. For example, so the stator teeth 22 or the subareas 24 with FeCo-based composite and the stator body 18 and / or a pedestal of a dental segment may be made of Fe-based composite material.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005020952 A1 [0004]

Claims

Stator ( 16 ) for an electric machine ( 10 ), comprising: an annular stator body ( 18 ); and a plurality of stator teeth ( 22 ), which in each case on the stator body ( 18 ), wherein the stator body ( 18 ) and the stator teeth ( 22 ) each of a soft magnetic composite material ( 26 . 28 ), characterized in that the stator teeth ( 22 ) in each case at least in one subarea ( 24 ) of a first soft magnetic composite material ( 26 ) and that the stator body ( 18 ) at least partially made of a second soft magnetic composite material ( 28 ), wherein the first soft magnetic composite material ( 26 ) and the second soft magnetic composite ( 28 ) are so different and / or are processed differently so that at least one material property of the stator ( 16 ) from the stator body ( 18 ) to the respective subarea ( 24 ) of the stator teeth ( 22 ) changes.

Stator ( 16 ) according to claim 1, wherein the stator teeth ( 22 ) in each case in an axial direction ( 14 ) of the stator ( 16 ) from the stator body ( 18 ) protrude.

Stator ( 16 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the material property of the stator ( 16 ) abruptly and / or steppedly from the stator body ( 18 ) to the respective subarea ( 24 ) of the stator teeth ( 22 ) changes.

Stator ( 16 ) according to any one of the preceding claims, wherein the material property is a property selected from the group consisting of magnetic permeability, saturation magnetization, thermal conductivity, flexural strength, density and core loss

Stator ( 16 ) according to any one of the preceding claims, wherein the stator ( 16 ) is made in one piece.

Stator ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the first soft magnetic composite material ( 26 ) and the second soft magnetic composite ( 28 ) are processed with different contact pressures and / or heat-treated at different temperatures, so that the at least one material property of the stator ( 16 ) from the stator body ( 18 ) to the respective subarea ( 24 ) of the stator teeth ( 22 ) changes.

Stator ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the stator teeth ( 22 ) in each case at least in the subarea ( 24 ) of FeCo-based soft magnetic composite material ( 26 ) are made; and / or wherein the stator body ( 18 ) at least partially made of an Fe-based soft magnetic composite material ( 28 ) is made.

Stator ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the stator teeth ( 22 ) in each case at least in the subarea ( 24 ) have a higher saturation magnetization than the stator body ( 18 ); and / or wherein the stator teeth ( 22 ) in each case at least in the subarea ( 24 ) have a saturation magnetization of at least 1.8 T, in particular of at least 2.1 T.

Stator ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the stator body ( 18 ) has at least partially a higher density and / or a higher thermal conductivity than the subregions ( 24 ) of the stator teeth ( 22 ); and / or where a transition region ( 32 ) between the stator body ( 18 ) and the stator teeth ( 22 ) each having a bending strength of at least 70 MPa.

Stator ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the stator teeth ( 22 ) in each case at least in the subarea ( 24 ) have a higher magnetic permeability than the stator body ( 18 ); and / or wherein the stator teeth ( 22 ) in each case at least in the subarea ( 24 ) have a magnetic permeability of at least 500.

Stator ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the stator teeth ( 22 ) in each case at least in the subarea ( 24 ) have lower core losses than the stator body ( 18 ).

Electric machine ( 10 ), comprising: a stator ( 16 ) according to any one of the preceding claims; and one relative to the stator ( 16 ) rotatably mounted about an axis of rotation rotor ( 12 ).

Method for producing a stator ( 16 ) for an electric machine ( 10 ), comprising the steps of: introducing a first soft magnetic composite material ( 26 ) in at least a portion of a cavity ( 104 ) of a pressing tool ( 100 ) for forming at least one subregion ( 24 ) of stator teeth ( 22 ) of the stator ( 16 ); Introducing a second soft magnetic composite material ( 28 ) into the cavity ( 104 ) for at least partially forming a stator body ( 18 ) of the stator ( 16 ); and Pressing and / or heating the first soft magnetic composite material ( 26 ) and the second soft magnetic composite ( 28 ).

The method of claim 13, wherein the first soft magnetic composite ( 26 ) pre-pressed into the cavity ( 104 ) is introduced; and / or wherein the method further comprises the steps of pre-pressing the first soft magnetic composite ( 26 ) and widening of the cavity ( 104 ) of the pressing tool ( 100 ) after prepressing the first soft magnetic composite material ( 26 ) and before introducing the second soft magnetic composite material ( 28 ) having.

Method according to one of claims 13 to 14, wherein the pressing tool ( 100 ) several press punches ( 102 ), so that during the compression of the first soft magnetic composite material ( 26 ) and the second soft magnetic composite ( 28 ) different areas of the stator ( 16 ) are pressed with different levels of contact pressure; and / or wherein a contact pressure of the pressing tool ( 100 ) for the stator body ( 18 ) of the stator ( 16 ) is higher than a contact pressure for the stator teeth ( 22 ) of the stator ( 16 ).