DE102019103133B3 - Method for producing a stator laminated core of an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Stator-Blechpakets (11) einer elektrischen Maschine, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen von mit Backlack (21) beschichteten Blechen (20), b) Ausbilden von Blechzuschnitten (22) aus den beschichteten Blechen (20), c) Anordnen der Blechzuschnitte (22) auf mindestens einem Führungselement (26), d) axiales Verpressen der auf dem mindestens einen Führungselement (26) angeordneten Blechzuschnitte (22), e) Anordnen einer Hülse (29) aus einem Faserverbund-Halbzeug in einer inneren Ausnehmung (25) der verpressten Blechzuschnitte (22), f) radiales Anpressen der Hülse (29) an die innere Ausnehmung (25) der verpressten Blechzuschnitte (22), g) gemeinsames Erwärmen der verpressten Blechzuschnitte (22) und der Hülse (29) zum Aushärten der Hülse (29) und Aushärten des Backlacks (21).Method for producing a stator laminated core (11) of an electrical machine, comprising the following steps: a) providing metal sheets (20) coated with baking lacquer (21), b) forming sheet metal blanks (22) from the coated metal sheets (20), c ) Arranging the sheet metal blanks (22) on at least one guide element (26), d) axially pressing the sheet metal blanks (22) arranged on the at least one guide element (26), e) arranging a sleeve (29) made of a semi-finished fiber composite in an interior Recess (25) of the pressed sheet metal blanks (22), f) radially pressing the sleeve (29) onto the inner recess (25) of the pressed sheet metal blanks (22), g) heating the pressed sheet metal blanks (22) and the sleeve (29) together for curing the sleeve (29) and curing the baking lacquer (21).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stator-Blechpakets einer elektrischen Maschine.The invention relates to a method for producing a stator laminated core of an electrical machine.
Eine elektrische Maschine verfügt über einen Stator sowie über einen Rotor. Der Stator wird auch als Ständer und der Rotor auch als Läufer bezeichnet. Der Stator einer elektrischen Maschine umfasst ein Stator-Blechpaket sowie eine Wicklung, wobei die Wicklung vom Stator-Blechpaket aufgenommen ist.An electrical machine has a stator and a rotor. The stator is also referred to as the stator and the rotor as the rotor. The stator of an electrical machine comprises a stator laminated core and a winding, the winding being received by the stator laminated core.
Aus der
US 2008/ 0 256 783 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Stator-Blechpakets unter Verwendung einer zylindrischen Hülse.US 2008/0 256 783 A1 discloses a method for producing a stator laminated core using a cylindrical sleeve.
Bei elektrischen Maschinen, die in Elektrofahrzeugen oder auch in Hybridfahrzeugen als Antriebsaggregat genutzt werden, besteht der Bedarf, den Stator, nämlich die im Stator-Blechpaket aufgenommenen Wicklungen, direkt zu kühlen. Hierzu ist vorgesehen, durch einen Freiraum zwischen dem Stator-Blechpaket und den Wicklungen Kühlmittel direkt zu leiten. Dabei ist es von Bedeutung, das Kühlmittel definiert zu führen, um einen ungewollten und undefinierten Austritt des Kühlmittels aus dem Stator in Richtung auf den Rotor der elektrischen Maschine zu verhindern.In electrical machines that are used as drive units in electric vehicles or in hybrid vehicles, there is a need to directly cool the stator, namely the windings contained in the stator laminated core. For this purpose, it is provided to direct coolant directly through a space between the stator laminated core and the windings. It is important to guide the coolant in a defined manner in order to prevent an undesired and undefined exit of the coolant from the stator in the direction of the rotor of the electrical machine.
Hierzu kann vorgesehen sein, in einer inneren Ausnehmung des Stator-Blechpakets eine Hülse aus einem Faserverbundwerkstoff anzuordnen. Diese Hülse definiert dann mit den Nuten des Stator-Blechpakets, in welchen die Wicklungen des Stators positioniert sind, Strömungskanäle für das Kühlmittel, um das Kühlmittel direkt an den Wicklungen des Stators entlang durch das Stator-Blechpaket zu leiten.For this purpose, it can be provided to arrange a sleeve made of a fiber composite material in an inner recess of the stator laminated core. This sleeve then defines flow channels for the coolant with the grooves of the stator laminated core, in which the windings of the stator are positioned, in order to conduct the coolant directly along the windings of the stator through the stator laminated core.
Bislang bereitet die einfache und kostengünstige Herstellung eines Stator-Blechpakets, welches zur direkten Kühlung der Wicklungen des Stators und definierten Führung des Kühlmittels geeignet ist, Schwierigkeiten. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren, mithilfe dessen ein solches Stator-Blechpaket einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.So far, the simple and inexpensive production of a stator laminated core, which is suitable for direct cooling of the windings of the stator and defined guidance of the coolant, has been difficult. There is therefore a need for a method by means of which such a stator laminated core can be produced simply and inexpensively.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Stator-Blechpakets einer elektrischen Maschine zu schaffen.The object of the invention is to provide a novel method for producing a stator laminated core of an electrical machine.
Diese Aufgabe wird nach durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest folgende Schritte: a) Bereitstellen von mit Backlack beschichteten Blechen, b) nachfolgendes Ausbilden von Blechzuschnitten aus den beschichteten Blechen, c) nachfolgendes Anordnen der Blechzuschnitte auf mindestens einem Führungselement, d) nachfolgendes axiales Verpressen der auf dem mindestens einen Führungselement angeordneten Blechzuschnitte, e) nachfolgendes Anordnen einer Hülse aus einem Faserverbund-Halbzeug in einer inneren Ausnehmung der verpressten Blechzuschnitte, f) nachfolgendes radiales Anpressen der Hülse an die innere Ausnehmung der verpressten Blechzuschnitte, g) nachfolgendes gemeinsames Erwärmen der verpressten Blechzuschnitte und der Hülse zum Aushärten der Hülse und Aushärten des Backlacks.According to the invention, the method comprises at least the following steps: a) provision of sheets coated with baking lacquer, b) subsequent formation of sheet metal blanks from the coated sheets, c) subsequent arrangement of the sheet metal blanks on at least one guide element, d) subsequent axial pressing of the sheets on the at least one guide element arranged sheet metal blanks, e) subsequent placement of a sleeve made of a fiber composite semifinished product in an inner recess of the pressed sheet metal blanks, f) subsequent radial pressing of the sleeve onto the inner recess of the pressed sheet metal blanks, g) subsequent heating together of the pressed sheet metal blanks and the sleeve for curing the sleeve and curing the baked enamel.
Zur Herstellung des Stator-Blechpakets kommen mit Backlack beschichtete Bleche sowie eine Hülse aus einem Faserverbund-Halbzeug zum Einsatz. Aus den mit Backlack beschichteten Blechen werden die Blechzuschnitte ausgebildet, wobei die Blechzuschnitte auf mindestens einem Führungselement positioniert und verpresst werden, nämlich in axialer Richtung. Die Hülse aus dem Faserverbund-Halbzeug wird in der inneren Ausnehmung der verpressten Blechzuschnitte angeordnet und radial an die innere Ausnehmung angepresst. Anschließend erfolgt ein gemeinsames Erwärmen der verpressten Blechzuschnitte und der Hülse.Sheet metal coated with baked enamel and a sleeve made of a semi-finished fiber composite are used to manufacture the stator laminated core. The sheet metal blanks are formed from the sheets coated with baking lacquer, the sheet metal blanks being positioned and pressed on at least one guide element, namely in the axial direction. The sleeve made of the fiber composite semifinished product is arranged in the inner recess of the pressed sheet metal blanks and pressed radially onto the inner recess. The pressed sheet metal blanks and the sleeve are then heated together.
Durch dieses Erwärmen wird nicht nur die Hülse aus dem Faserverbund-Halbzeug ausgehärtet und vorzugsweise auch getempert, vielmehr erfolgt auch ein Verkleben der Blechzuschnitte durch Aushärten des Backlacks. Durch das gemeinsame Erwärmen der Blechzuschnitte und der Hülse kann die zum Erwärmen benötigte Zeit sowie Energie reduziert werden. Hierdurch kann nicht nur die Zeit zum Herstellen des Stator-Blechpakets reduziert werden, vielmehr kann das Stator-Blechpaket einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden.This heating not only cures and preferably also anneals the sleeve made of the fiber composite semi-finished product, but also the sheet metal blanks are glued by curing the baking lacquer. By heating the sheet blanks and the sleeve together, the time and energy required for heating are reduced. As a result, not only can the time for producing the stator laminated core be reduced, but rather the stator laminated core can be manufactured simply and at low cost.
Als Hülse aus einem Faserverbund-Halbzeug wird vorzugsweise eine Hülse aus einem Faserverbund-Prepreg verwendet. Es ist auch möglich, als Hülse aus dem Faserverbund-Halbzeug eine Hülse aus einem Faserverbund-Nasslaminat zu verwenden. Da die Handhabung einer Hülse aus einem Faserverbund-Prepreg jedoch einfacher ist als die Handhabung einer Hülse aus einem Faserverbund-Nasslaminat, kommt vorzugsweise eine Hülse aus einem Faserverbund-Prepreg zum Einsatz.A sleeve made of a fiber composite prepreg is preferably used as the sleeve made of a semi-finished fiber composite. It is also possible to use a sleeve made of a fiber composite wet laminate as the sleeve made of the fiber composite semi-finished product. However, since the handling of a sleeve made of a fiber composite prepreg is easier than the handling of a sleeve made of a fiber composite wet laminate, a sleeve made of a fiber composite prepreg is preferably used.
In Schritt g) kann beim gemeinsamen Erwärmen der verpressten Blechzuschnitte und der Hülse auch ein Tempern der Hülse erfolgen. Das Tempern kann jedoch auch nachträgliche erfolgen.In step g), when the pressed sheet metal blanks and the sleeve are heated together, the sleeve can also be tempered. However, the tempering can also be carried out subsequently.
Nach einer ersten Variante werden in Schritt c) die Blechzuschnitte auf einem . Führungsdorn angeordnet, wobei der Führungsdorn an einer Innenfläche der Blechzuschnitte anliegt, und wobei nach Schritt d) und vor Schritt e) der Führungsdorn entfernt wird. Nach einer zweiten, alternativen Variante werden in Schritt c) die Blechzuschnitte auf mehreren Führungsstäben angeordnet; wobei die Führungsstäbe in Nuten der Blechzuschnitten eingeführt sind, welche der Aufnahme von Wicklungen dienen, und wobei nach Schritt g) die Führungsstäbe entfernt werden.According to a first variant, the sheet metal blanks are placed on one in step c). Guide mandrel arranged, wherein the guide mandrel abuts an inner surface of the sheet metal blanks, and wherein the guide mandrel is removed after step d) and before step e). According to a second, alternative variant, the sheet metal blanks are arranged on a plurality of guide rods in step c); wherein the guide rods are inserted into grooves in the sheet metal blanks, which are used to hold windings, and the guide rods are removed after step g).
Die zweite Variante ist besonders bevorzugt, da in diesem Fall die Führungsstäbe bis zum Ende des Verfahrens zum Herstellen des Stator-Blechpakets an den gestapelten Blechzuschnitten verbleiben und dieselben führen und stabilisieren können. Damit ist dann eine besonders vorteilhafte Herstellung des Stator-Blechpakets möglich.The second variant is particularly preferred since in this case the guide rods remain on the stacked sheet metal blanks until the end of the method for producing the stator laminated core and can guide and stabilize them. A particularly advantageous production of the stator laminated core is then possible.
Vorzugsweise werden vor Schritt e) Stützringe an axialen Enden der verpressten Blechzuschnitte angeordnet, wobei in Schritt e) die Hülse aus dem Faserverbund-Halbzeug in der inneren Ausnehmung der verpressten Blechzuschnitte und in innere Ausnehmungen der Stützringe, die mit der Ausnehmung der verpressten Blechzuschnitte fluchten, angeordnet wird. Das Anordnen der Stützringe an den axialen Enden der verpressten Blechzuschnitte ist besonders bevorzugt. Die Hülse wird dann nicht nur in die innere Ausnehmung der verpressten Blechzuschnitte, sondern auch in die inneren Ausnehmungen der Stützringe eingeführt. Die Stützringe übernehmen nach Anordnen der Wicklungen im Stator-Blechpaket die Führung von aus dem Stator-Blechpaket herausragenden Wicklungsköpfen.Before step e), support rings are preferably arranged at the axial ends of the pressed sheet metal blanks, the sleeve made of the fiber composite semi-finished product in step e) in the inner recess of the pressed sheet metal blanks and in inner recesses of the support rings which are flush with the recess of the pressed sheet metal blanks is arranged. The arrangement of the support rings at the axial ends of the pressed sheet metal blanks is particularly preferred. The sleeve is then inserted not only into the inner recess of the pressed sheet metal blanks, but also into the inner recesses of the support rings. After arranging the windings in the stator laminated core, the support rings take over the leadership of winding heads protruding from the stator laminated core.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in Schritt g) zunächst die verpressten Blechzuschnitte und die Hülse entlang einer ersten Aufheizkurve auf eine erste Haltetemperatur und nachfolgend auf das Halten der ersten Haltetemperatur entlang einer zweiten Aufheizkurve auf eine zweite Haltetemperatur erwärmt, wobei die erste Haltetemperatur dem Aushärten der Hülse und die zweite Haltetemperatur dem Aushärten des Backlacks und vorzugsweise auch dem Tempern der Hülse dient. Ein solches gemeinsames Erwärmen der verpressten Blechzuschnitte und der Hülse sowie ggf. der Stützringe über mindestens zwei Aufheizkurven auf mindestens zwei Haltetemperaturen ist besonders bevorzugt, um Hülse und Backlack sowie ggf. Stützringe auszuhärten und vorzugsweise auch zu tempern.According to an advantageous development of the invention, in step g) the pressed sheet metal blanks and the sleeve are first heated to a first holding temperature along a first heating curve and subsequently to a second holding temperature along a second heating curve, the first holding temperature being used for curing the sleeve and the second holding temperature serves to harden the baked enamel and preferably also to anneal the sleeve. Such joint heating of the pressed sheet metal blanks and the sleeve and, if appropriate, the support rings via at least two heating curves to at least two holding temperatures is particularly preferred in order to harden and preferably also anneal the sleeve and baking lacquer and, if appropriate, support rings.
Obwohl Das Erwärmen in Schritt g) mit der ersten Aufheizkurve auf die erste Haltetemperatur und nachfolgend auf das Halten der ersten Haltetemperatur entlang der zweiten Aufheizkurve auf die zweite Haltetemperatur bevorzugt ist, kann auch lediglich eine einzige Aufheizkurve auf eine einzige Haltetemperatur genutzt werden. Gegebenenfalls können auch mehr als zwei Aufheizkurven auf mehr als zwei Haltetemperaturen zum Einsatz kommen.Although heating in step g) with the first heating curve to the first holding temperature and subsequent to holding the first holding temperature along the second heating curve to the second holding temperature is preferred, only a single heating curve to a single holding temperature can be used. If necessary, more than two heating curves at more than two holding temperatures can also be used.
Vorzugsweise werden nachfolgend auf das Halten der ersten Haltetemperatur und vor dem Erwärmen entlang der zweiten Aufheizkurve die verpressten Blechzuschnitte und die Hülse abgekühlt. Das zwischenzeitliche Abkühlen von Blechzuschnitten, Hülse und ggf. Stützringen ist für eine definierte Aushärtung der Hülse sowie ggf. der Stützringe, falls die Stützringe aus einem Faserverbund-Halbzeug bestehen, besonders bevorzugt.Following the holding of the first holding temperature and before heating along the second heating curve, the pressed sheet metal blanks and the sleeve are preferably cooled. The interim cooling of sheet metal blanks, the sleeve and, if necessary, support rings is particularly preferred for a defined curing of the sleeve and, if applicable, the support rings if the support rings consist of a semi-finished fiber composite.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Stators einer elektrischen Maschine; -
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Stator-Blechpakets einer elektrischen Maschine; -
3 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Stator-Blechpakets einer elektrischen Maschine.
-
1 a perspective view of a stator of an electrical machine; -
2nd a flow diagram of a first variant of the method according to the invention for producing a stator laminated core of an electrical machine; -
3rd a flowchart of a second variant of the method according to the invention for producing a stator laminated core of an electrical machine.
Eine elektrische Maschine verfügt über einen Stator und einen Rotor. Der Stator wird auch als Ständer und der Rotor auch als Läufer bezeichnet. Ein Stator
Um die Wicklung
Wie
Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Herstellen eines Stator-Blechpakets
Um ein erfindungsgemäßes Stator-Blechpaket
Zunächst werden in einem Schritt a) gemäß
So zeigt
Darauffolgend werden in einem Schritt b) aus den mit Backlack
Obwohl in
In einem nachfolgenden Schritt c) werden die Blechzuschnitte
Darauffolgend werden in einem Schritt d) die auf dem Führungsdorn
Nach dem axialen Verpressen der auf dem Führungsdorn
In einem an den Schritt e) nachfolgenden Schritt f) wird die Hülse
In der Verfahrensvariante der
Im Schritt e) wird dann die Hülse
Anschließend an den Schritt f), also anschließend an das radiale Anpressen der Hülse
Bei diesem gemeinsamen Erwärmen in Schritt g) erfolgt im Sinne der Pfeile
Vorzugsweise erfolgt das gemeinsame Erwärmen über Induktion, nachfolgend induktives Erhitzen bzw. Erwärmen genannt. Alternativ kann zum Erwärmen auch Umluft genutzt werden. Das induktive Erhitzen bzw. Erwärmen verfügt über den Vorteil, dass die Blechzuschnitte
Das Erwärmen in Schritt g) erfolgt vorzugsweise derart, dass zunächst die verpressten Blechzuschnitte
Die erste Haltetemperatur dient dem Aushärten der Hülse
Dabei kann vorgesehen sein, dass nachfolgend an das Halten der ersten Haltetemperatur und vor dem Erhitzen bzw. Erwärmen entlang der zweiten Aufheizkurve die verpressten Blechzuschnitte
Beim Verfahren der
Die Schritte x2), e), f) und g) sind identisch, ebenso die Verfahrensschritte a), b) und d). In der Verfahrensvariante der
Beim Verfahren der
In ein erfindungsgemäß hergestelltes Stator-Blechpaket
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