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Die Erfindung betrifft eine Blechpaketeinrichtung für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Blechpaketeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Eine solche Blechpaketeinrichtung für eine elektrische Maschine und ein solches Verfahren zum Herstellen einer solchen Blechpaketeinrichtung sind beispielsweise bereits aus der
JP 5 790 454 B2 bekannt. Die Blechpaketeinrichtung weist wenigstens ein Blechpaket auf, welches Zähne und dazwischen angeordnete Nuten zum zumindest teilweisen Aufnehmen wenigstens einer Wicklung der elektrischen Maschine aufweist. Bei dem Verfahren ist es somit vorgesehen, dass das Blechpaket bereitgestellt wird. Die Wicklung wird beispielsweise um die Zähne gewickelt beziehungsweise auf den Zähnen angeordnet beziehungsweise an den Zähnen gehalten und dabei zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, in den Nuten angeordnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Blechpaketeinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Blechpaketeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Blechpaketeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der elektrischen Maschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Blechpaket in der jeweiligen Nut mit zumindest einer Schicht versehen ist, mittels welcher in zumindest einem Betriebszustand der elektrischen Maschine eine Zugspannung zumindest in einem Teilbereich des Blechpakets bewirkbar beziehungsweise bewirkt ist.
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Um des Weiteren ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der elektrischen Maschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Blechpaket in der jeweiligen Nut mit zumindest einer Schicht versehen wird, mittels welcher in zumindest einem Betriebszustand der elektrischen Maschine eine Zugspannung zumindest in einem Teilbereich des Blechpakets bewirkt wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Blechpaketeinrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Durch die Schicht ist es möglich, in dem zumindest einen Betriebszustand gezielt Zugspannungen in dem Blechpaket zu bewirken, sodass Verluste während des Betriebs der elektrischen Maschine besonders gering gehalten werden können. In der Folge können ein besonders hoher Wirkungsgrad und eine besonders hohe Dauerleistung der elektrischen Maschine auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise realisiert werden. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Bei der Herstellung von Eisenkernen beziehungsweise Blechpaketen für elektrische Maschinen wird üblicherweise Elektroband verwendet, um Eisenverluste besonders gering zu halten. Das Elektroband wird beispielsweise als Kontur, insbesondere aus einer Platine, herausgestanzt, wodurch eine Vielzahl von Einzelblechen oder Einzellamellen hergestellt wird. Die Einzelbleche beziehungsweise Einzellamellen werden, insbesondere entlang einer Stapelrichtung, aufeinandergestapelt, wodurch das Blechpaket hergestellt wird.
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Üblicherweise erfolgt während des Betriebs der elektrischen Maschine eine Ummagnetisierung des Blechpakets, insbesondere dessen Eisens, wodurch Verluste entstehen können. Die Verluste resultieren üblicherweise aus induktiven Wirbelstromverlusten und Ummagnetisierungsverlusten. Letztere lassen sich positiv durch das Aufbringen von mechanischen Spannungen, insbesondere Zugspannungen, beeinflussen. Hier setzt die Erfindung an, bei der es vorgesehen ist, mittels der Schicht gezielt Zugspannungen aufzubringen beziehungsweise in dem Blechpaket zu bewirken, um insbesondere die Ummagnetisierungsverluste und somit die Verluste insgesamt gering halten zu können. Mit anderen Worten nutzt die Erfindung die zuvor genannten Eigenschaften des aus Elektroblech gebildeten Blechpakets, indem mit Hilfe von Wärmeausdehnung gezielt Zugspannungen in das Blechpaket und somit beispielsweise in einen das Blechpaket umfassenden Stator eingebracht werden. Die Zugspannungen können dabei beispielsweise statisch oder dynamisch wirken. Statische Zugspannungen werden beispielsweise dadurch hergestellt beziehungsweise bewirkt, indem beispielsweise das Blechpaket zunächst erwärmt wird. Dies geschieht üblicherweise bei einer Backlack-Paketierung oder bei einer Umspritzung des Blechpakets mit Kunststoff ohnehin. Dabei wird beispielsweise, insbesondere während das Blechpaket erwärmt wird, ein Material in die jeweilige Nut eingebracht, insbesondere auf deren jeweiligen Nutgrund aufgetragen, insbesondere während das Material eine geringere Temperatur als das erwärmte Blechpaket hat. Dabei wird die Schicht beispielsweise durch das genannte Material hergestellt, wobei beispielsweise das Material und somit die Schicht einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dabei weist das Blechpaket einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten entspricht.
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Somit ist es zum Bewirken der statischen Zugspannungen vorgesehen, dass die Schicht und das Blechpaket den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Da das Material, aus welchem die Schicht hergestellt wird, mit einer geringeren Temperatur als das Blechpaket in der Nut angeordnet wird, stellt sich bei Abkühlung des Blechpakets auf Raumtemperatur eine Zugspannung in dem Blechpaket ein. Da das Material beziehungsweise die Schicht den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Blechpaket hat, bleiben diese Zugspannungen auch bei Betrieb und somit bei Erwärmung des Blechpakets und somit der elektrischen Maschine bestehen.
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Zur Realisierung der Zugspannungen als dynamische Zugspannungen im Blechpaket wird beispielsweise die Schicht aus einem Material hergestellt, welches einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Blechpaket hat. Bei dem Material handelt es sich dabei beispielsweise um Aluminium, sodass die Schicht beispielsweise aus Aluminium gebildet wird. Auch hierbei wird beispielsweise das Material in der jeweiligen Nut angeordnet, insbesondere auf deren jeweiligen Nutgrund aufgetragen, um dadurch die Schicht herzustellen. Die Schicht wird beispielsweise durch eine Beschichtung gebildet, welche auf das Blechpaket aufgetragen wird. Beispielsweise wird die Schicht durch Beschichten, Verkleben, Lackieren oder dergleichen auftragend hergestellt. Da zur Realisierung der dynamischen Zugspannungen die Schicht beziehungsweise das Material und das Blechpaket voneinander unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, entstehen durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei dem Betrieb der elektrischen Maschine und somit bei einer entsprechenden Aufheizung des Blechpakets und der Schicht unterschiedliche Ausdehnungen des Blechpakets und der Schicht, woraus Zugspannungen in dem Blechpaket, insbesondere in den Zähnen, resultieren. Je größer die Leistungsverluste in der elektrischen Maschine sind, desto größer ist die Wärmefreisetzung. Je höher die Wärmefreisetzung ist, desto größer ist der Betrag der Zugspannung, wodurch die Ummagnetisierungsverluste reduziert werden. Denkbar wäre weiterhin eine vorteilhafte Kombination mit einer Nutgrundisolierung, wenn geeignete Isolatoren verwendet werden.
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Insgesamt ist erkennbar, dass durch ohm'sche Verluste in den Wicklungen, welche an den Zähnen gehalten sind, eine hohe Temperatur in den Nuten, insbesondere in deren jeweiligen Nutgrund, sichergestellt werden. Hierdurch kommen die Ausdehnung des Materials, aus welchem die Schicht hergestellt ist, und der hierdurch erzielte Wirkungsgradvorteil auch bei dynamischen Zugspannungen stetig zum Tragen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Blechpaketeinrichtung; und
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht der Blechpaketeinrichtung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 und 2 zeigen jeweils ausschnittsweise in jeweiligen schematischen Perspektivansichten eine Blechpaketeinrichtung 10 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet und mittels der elektrischen Maschine antreibbar. Hierzu umfasst die elektrische Maschine beispielsweise einen Stator und einen Rotor, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Die Blechpaketeinrichtung 10 ist beispielsweise Bestandteil des Stators.
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Wie besonders gut aus 1 und 2 erkennbar ist, umfasst die Blechpaketeinrichtung 10 ein Blechpaket 12, welches beispielsweise einen Stapel aus mehreren, aufeinandergestapelten Blechsegmenten aufweist. Mit anderen Worten wird das Blechpaket 12 beispielsweise derart hergestellt, dass mehrere Einzelbleche aus jeweiligen Platinen beziehungsweise aus wenigstens einem Endlosmaterial hergestellt, insbesondere ausgestanzt, und, insbesondere entlang einer Stapelrichtung, aufeinander gestapelt werden. Die Einzelbleche und somit das Blechpaket 12 sind beispielsweise aus Elektroblech gebildet und weisen somit Eisen auf. Das Blechpaket 12 ist somit beispielsweise ein Eisenkern der elektrischen Maschine, insbesondere des Stators.
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Das Blechpaket 12 weist dabei eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Blechpakets 12 aufeinanderfolgenden Zähnen 14 und dazwischen angeordnete Nuten 16 auf, wobei zwischen genau zwei in Umfangsrichtung des Blechpakets 12 unmittelbar beziehungsweise direkt aufeinanderfolgenden Zähnen 14 genau eine Nut 16 angeordnet ist. Dabei ist in 1 die Umfangsrichtung des Blechpakets 12 durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht. Die Nuten 16 werden genutzt, um zumindest eine oder mehrere Wicklungen, insbesondere des Stators, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, aufzunehmen. Die Wicklungen werden beispielsweise an den Zähnen 14 gehalten, insbesondere um die Zähne 14 gewickelt, und dabei in den Nuten 16 angeordnet.
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Um nun mit einer nur geringen Teilezahl und somit auf gewichts-, bauraum- und kostengünstige Weise einen besonders effizienten und somit wirkungsgradgünstigen Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist das Blechpaket 12 zumindest in der jeweiligen Nut 16 mit zumindest einer Schicht 20 versehen, mittels welcher in zumindest einem Betriebszustand der elektrischen Maschine eine Zugspannung zumindest in einem Teilbereich des Blechpakets 12 bewirkbar beziehungsweise bewirkt ist. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen, in den Nuten 16 angeordneten Schichten 20 voneinander getrennt und nicht einstückig miteinander ausgebildet, wobei die jeweilige Schicht 20 auf einem jeweiligen Nutgrund der jeweiligen Nut 16 angeordnet ist. Die jeweilige Schicht 20 wird beispielsweise derart hergestellt, dass die jeweilige Nut 16, insbesondere ihr jeweiliger Nutgrund, beschichtet wird. Die jeweilige Schicht 20 wird aus einem Material hergestellt, welches beispielsweise auf den jeweiligen Nutgrund aufgetragen beziehungsweise aufgebracht wird.
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Um bei einer ersten Ausführungsform beispielsweise die genannten Zugspannungen als statische Zugspannungen auszugestalten, wird beispielsweise das Blechpaket 12 zunächst erwärmt. Hierdurch weist das Blechpaket 12 eine erste Temperatur auf. In einem Zustand, in welchem das Blechpaket 12 erwärmt ist und somit die erste Temperatur aufweist, wird das Material, aus welchem die jeweilige Schicht 20 hergestellt wird, auf das Blechpaket 12 in der jeweiligen Nut 16 und somit beispielsweise auf den jeweiligen Nutgrund aufgebracht, während das Material eine gegenüber der ersten Temperatur geringere zweite Temperatur aufweist. Mit anderen Worten wird das Material auf das Blechpaket 12 in der jeweiligen Nut 16 aufgebracht, während das Material kälter als das Blechpaket 12 ist. Das Blechpaket 12 und das Material weisen dabei den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Hierdurch stellt sich dann, wenn sich das Blechpaket 12 ausgehend von der ersten Temperatur auf Raumtemperatur, welche geringer als die erste Temperatur ist, abgekühlt, eine Zugspannung in dem Blechpaket 12 beziehungsweise in dessen Elektroblech ein. Da das Material den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Elektroblech beziehungsweise das Blechpaket 12 hat, bleiben diese Zugspannungen als statische Zugspannungen auch beim Betrieb der elektrischen Maschine und somit bei Erwärmung der elektrischen Maschine und somit des Blechpakets 12 bestehen.
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Bei einer zweiten Ausführungsform werden die Zugspannungen als dynamische Zugspannungen ausgebildet. Hierzu weist das Material, aus welchem die jeweilige Schicht 20 hergestellt wird, einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Blechpaket 12 beziehungsweise als das Elektroblech auf. Werden beispielsweise dann die jeweilige Schicht 20 und das Blechpaket 12 während des Betriebs der elektrischen Maschine aufgeheizt, so dehnen sich die Schicht 20 und das Blechpaket 12 unterschiedlich aus. Hieraus resultieren die Zugspannungen in dem Blechpaket 12, insbesondere in den jeweiligen Zähnen 14.
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Je größer die Leistungsverluste in der elektrischen Maschine sind, desto größer ist die Wärmefreisetzung. Je größer die Wärmefreisetzung ist, desto größer ist der Betrag der Zugspannungen, wodurch Ummagnetisierungsverluste reduziert werden. Somit können im Betrieb der elektrischen Maschine die Verluste besonders gering gehalten werden, woraus ein besonders hoher Wirkungsgrad und eine besonders hohe Dauerleistung der elektrischen Maschine resultieren. Durch ohm'sche Verluste in den genannten Wicklungen ist eine besonders hohe Temperatur im jeweiligen Nutgrund sichergestellt, wodurch die wärmebedingte Ausdehnung des genannten Materials und der hierdurch erzielte Wirkungsgradvorteil auch bei dynamischen Zugspannungen stetig zum Tragen kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Blechpaketeinrichtung
- 12
- Blechpaket
- 14
- Zahn
- 16
- Nut
- 18
- Umfangsrichtung
- 20
- Schicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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