DE102019123744A1

DE102019123744A1 - Elektrische maschine mit lokal abgestimmten eigenschaften

Info

Publication number: DE102019123744A1
Application number: DE102019123744.0A
Authority: DE
Inventors: Leyi ZHU; Michael W. Degner; Feng Liang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US20210288565A1; CN110880841A; US20200083788A1; US11025142B2; US11979068B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine elektrische Maschine mit lokal abgestimmten Eigenschaften bereit. Ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets beinhaltet, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines ersten Bereichs einer Rotorblechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall, das eine erste Zusammensetzung aufweist. Der erste Bereich definiert eine Magnettasche zumindest teilweise. Das Verfahren beinhaltet ferner, mit einem Laser, Herstellen eines zweiten Bereichs der Blechpaketschicht mit einem zweiten pulverförmigen Metall, das eine zweite Zusammensetzung aufweist, welche sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet. Der zweite Bereich ist unmittelbar neben dem ersten Bereich angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektrische Maschinenbaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Technik für erweiterte Fahrreichweiten bei elektrifizierten Fahrzeugen, wie etwa Batterieelektrofahrzeugen (Battery Electric Vehicle - BEV), Hybridelektrofahrzeugen (Hybrid Electric Vehicle - HEV) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (Plug-in Hybrid Vehicles - PHEV), wird stetig verbessert. Das Erreichen dieser erhöhten Reichweiten erfordert jedoch oftmals, dass Traktionsbatterien und elektrische Maschinen höhere Leistungsabgaben und damit verbundene Thermomanagementsysteme mit erhöhten Kapazitäten im Vergleich zu früheren BEV und PHEV aufweisen. Das Verbessern des Wirkungsgrads zwischen Statorkernen und Rotoren elektrischer Maschinen kann zu einer Erhöhung von Leistungsabgaben der elektrischen Maschinen führen.
KURZDARSTELLUNG
Bei wenigstens einer Herangehensweise ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets vorgesehen. Das Verfahren kann, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines ersten Bereichs einer Rotorblechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall, das eine erste Zusammensetzung aufweist, beinhalten. Das Verfahren kann ferner, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines zweiten Bereichs der Rotorblechpaketschicht, der mit dem ersten Bereich in Berührung steht, mit einem zweiten pulverförmigen Metall, das eine zweite Zusammensetzung aufweist, welche sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet, beinhalten. Der erste und der zweite Bereich können in einer gemeinsamen Blechpaketebene ausgebildet werden.
Bei mindestens einer Herangehensweise wird ein Rotor bereitgestellt. Der Rotor kann ein Rotorkernblechpaket beinhalten. Das Rotorkernblechpaket kann eine erste Metalllegierung aufweisen, die benachbarte Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands des Rotorkernblechpakets zumindest teilweise definiert. Das Rotorkernblechpaket kann ferner eine sich von der ersten Metalllegierung unterscheidende zweite Metalllegierung aufweisen, die wenigstens einen Abschnitt einer Brücke bildet, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt. Der Rotor kann ferner Dauermagnete aufweisen, die auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Metalllegierung in den Magnettaschen angeordnet sind.
Bei wenigstens einer Herangehensweise wird eine elektrische Maschine bereitgestellt. Die elektrische Maschine kann einen Stapel verzahnter Rotorkernblechpakete beinhalten. Einzelne Rotorkernblechpakete der verzahnten Rotorkernblechpakete können einen sich darin erstreckenden Schlitz und einen sich davon erstreckenden, einstückig ausgebildeten Zapfen aufweisen. Die Zapfen können gemeinsame Flächen mit den Schlitzen bilden, um benachbarte Rotorkernblechpakete miteinander zu verzahnen. Ein erstes einzelnes Rotorkernblechpaket kann einen ersten Schlitz aufweisen, dessen Tiefe sich in das erste einzelne Rotorkernblechpaket erstreckt. Ein zweites einzelnes Rotorkernblechpaket kann einen ersten einstückig ausgebildeten Zapfen mit einer sich davon erstreckenden Höhe aufweisen. Die Höhe des ersten einstückig ausgebildeten Zapfens kann der Tiefe des ersten Schlitzes entsprechen.
Bei wenigstens einer Herangehensweise ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets vorgesehen. Das Verfahren kann, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines ersten Bereichs einer Blechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall, das eine erste Zusammensetzung aufweist, beinhalten. Der erste Bereich kann eine Magnettasche zumindest teilweise definieren. Das Verfahren kann ferner, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines zweiten Bereichs der Blechpaketschicht mit einem zweiten pulverförmigen Metall, das eine zweite Zusammensetzung aufweist, welche sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet, beinhalten. Der zweite Bereich kann unmittelbar neben dem ersten Bereich angeordnet sein.
Bei wenigstens einer Herangehensweise wird ein Rotor bereitgestellt. Der Rotor beinhaltet ein Blechpaket, das ein Paar von Dauermagneten enthält, das in benachbarten Magnettaschen an einem Außenrand des Blechpakets angeordnet sein kann. Das Blechpaket kann eine erste Metalllegierung beinhalten, die einen Hohlraum, der zwischen zumindest Abschnitten der Magnettaschen angeordnet ist, zumindest teilweise definiert. Das Blechpaket kann eine sich von der ersten Metalllegierung unterscheidende zweite Metalllegierung aufweisen, die wenigstens einen Abschnitt einer Brücke bilden kann, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt.
Bei wenigstens einer Herangehensweise wird ein Rotorkern bereitgestellt. Der Rotorkern kann einen Stapel verzahnter Blechpakete beinhalten. Die verzahnten Blechpakete können ein erstes Blechpaket, ein zweites Blechpaket und ein drittes Blechpaket beinhalten. Das erste Blechpaket kann einen ersten Keil aufweisen, der sich davon erstreckt. Das zweite Blechpaket kann an dem ersten Blechpaket befestigt werden und kann eine sich darin erstreckende erste Aussparung und einen sich davon erstreckenden zweiten Keil aufweisen. Der erste Keil kann in der ersten Aussparung aufgenommen werden. Das dritte Blechpaket kann an dem zweiten Blechpaket befestigt werden und kann eine sich darin erstreckende zweite Aussparung aufweisen. Der zweite Keil kann in der zweiten Aussparung aufgenommen werden.
Bei wenigstens einer Herangehensweise wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorkerns bereitgestellt. Das Verfahren kann Herstellen eines ersten Blechpakets mit einem ersten Keil, eines zweiten Blechpakets mit einer ersten Aussparung und einem zweiten Keil und eines dritten Blechpakets mit einer zweiten Aussparung aufweisen. Das Verfahren kann ferner Anbringen des ersten Blechpakets an dem zweiten Blechpaket derart, dass der erste Keil in der ersten Aussparung angeordnet ist, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Anbringen des zweiten Blechpakets an dem dritten Blechpaket derart, dass der zweite Keil in der zweiten Aussparung angeordnet ist, beinhalten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein elektrifiziertes Fahrzeug veranschaulicht.
2 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht eines Beispiels für einen Abschnitt einer elektrischen Maschine.
3 ist eine Draufsicht eines Rotors.
4 ist eine Seitenansicht des Rotors aus 3, die gestapelte Rotorblechpakete zeigt.
5 ist ein Rotorabschnitt mit einer ersten Anordnung eines ersten und zweiten Bereichs.
6 ist ein Pulverbett für einen Rotorabschnitt, der die erste Anordnung des ersten und zweiten Bereichs aufweist.
7 ist ein Rotorabschnitt mit einer zweiten Anordnung eines ersten und eines zweiten Bereichs.
8 ist ein Rotorabschnitt und ein Statorabschnitt mit einer dritten Anordnung eines ersten und eines zweiten Bereichs.
9 ist ein Rotorabschnitt und ein Statorabschnitt mit einer vierten Anordnung eines ersten und eines zweiten Bereichs.
10 ist ein Rotorabschnitt mit einer Anordnung von Lufttaschen.
11 ist ein Stapel aus Rotorblechpaketen mit einer Anordnung zusammenwirkender Keile und Aussparungen.
12 bildet eine erste Stanze und Matrize zum Erzeugen einer Öffnung in einem Blechpaket ab, wenn die Stanze betätigt wird.
13 bildet einen Vorgang zur additiven Fertigung für ein erstes Blechpaket ab.
14 bildet ein erstes Blechpaket für eine elektrische Maschine ab, die durch Stanz- und additive Fertigungsprozesse ausgebildet wurde.
15 bildet eine zweite Stanze und Matrize zum Erzeugen einer Öffnung in einem Blechpaket ab, wenn die Stanze betätigt wird.
16 bildet einen Vorgang zur additiven Fertigung für ein zweites Blechpaket ab.
17 bildet ein zweites Blechpaket für eine elektrische Maschine ab, die durch Stanz- und additive Fertigungsprozesse ausgebildet wurde.
18 bildet einen ersten Stapel aus Blechpaketen für eine elektrische Maschine ab.
19 bildet einen zweiten Stapel aus Blechpaketen für eine elektrische Maschine ab.
20 bildet eine Abfolge von Vorgängen zum Strahlen eines Rotors einer elektrischen Maschine ab.
21 bildet eine Abfolge von Vorgängen zum Maskieren und Strahlen eines Rotors einer elektrischen Maschine ab.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen aus Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen können dabei jedoch diverse Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, wünschenswert sein.
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein elektrifiziertes Fahrzeug veranschaulicht. In diesem Beispiel ist das elektrifizierte Fahrzeug ein PHEV, das in dieser Schrift als Fahrzeug 12 bezeichnet wird. Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 beinhalten, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Des Weiteren kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann außerdem mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit Rädern 22 verbunden sein kann. Die elektrischen Maschinen 14 können eine Antriebs- und Abbremsfunktion bereitstellen, wenn der Motor 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 können auch als Generatoren arbeiten und Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise im Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das Fahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen in einem Elektromodus betrieben werden kann.
Eine Traktionsbatterie 24 kann Energie speichern, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 kann typischerweise einen Hochspannungsgleichstromausgang aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereitstellen. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten. Die Traktionsbatterie 24 kann durch ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze können die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 kann zudem elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und die Fähigkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Beispielsweise kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine Dreiphasenwechselspannung erfordern können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie von den elektrischen Maschinen 14 benötigt. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie 24 benötigt wird. Abschnitte der hier bereitgestellten Beschreibung gelten gleichermaßen für ein reines Elektrofahrzeug. Im Falle eines reinen Elektrofahrzeugs kann es sich bei dem Hybridgetriebe 16 um einen Getriebekasten handeln, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und der Motor 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie zum Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugverbrauchern kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie etwa Verdichter und elektrische Heizvorrichtungen, können ohne die Verwendung eines Gleichspannungswandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein elektrisches Batteriesteuermodul (Battery Electrical Control Module - BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und zudem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladestatus für jede Batteriezelle der Traktionsbatterie 24 verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann über einen Temperatursensor 31, wie etwa einen Thermistor oder anderen Temperaturanzeiger, verfügen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten in Bezug auf die Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann durch eine externe Leistungsquelle 36, wie etwa einen Stromanschluss, wieder aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einer Elektrofahrzeugversorgungsausrüstung (Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die EVSE 38 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Leistung als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 34 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, die dazu ausgelegt ist, Leistung von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladevorrichtung oder einem fahrzeuginternen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die Leistung aufbereiten, die von der EVSE 38 bereitgestellt wird, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der Ladestecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen vorstehend erörterten Komponenten können eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. ein Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter kommunizieren.
Die Batteriezellen der Traktionsbatterie 24, wie etwa eine prismatische oder Pouch-Zelle, können elektrochemische Elemente beinhalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Prismatische Zellen oder Pouch-Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen während eines Entladungsvorgangs zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während des Wiederaufladungsvorgangs zurückkehren. Anschlüsse können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus den Batteriezellen fließt. Bei einer Positionierung in einem Array mit mehreren Batteriezellen können die Anschlüsse jeder Batteriezelle mit Gegenanschlüssen (positiv und negativ) benachbart zueinander ausgerichtet sein und kann eine Stromschiene das Vereinfachen einer Reihenschaltung zwischen den mehreren Batteriezellen unterstützen. Die Batteriezellen können zudem parallel angeordnet sein, sodass ähnliche Anschlüsse (positiv und positiv oder negativ und negativ) benachbart zueinander sind.
2 ist eine teilweise auseinandergezogene Ansicht, die ein Beispiel für Abschnitte einer elektrischen Maschine bei einem elektrifizierten Fahrzeug, im Allgemeinen als elektrische Maschine 100 bezeichnet, veranschaulicht. Die elektrische Maschine kann einen Statorkern 102 und einen Rotor 106 beinhalten. Wie vorstehend erwähnt, können elektrifizierte Fahrzeuge zwei elektrische Maschinen beinhalten. Eine der elektrischen Maschinen kann primär als Elektromotor fungieren und die andere kann primär als Generator fungieren. Der Elektromotor kann betrieben werden, um Strom in mechanische Leistung umzuwandeln, und der Generator kann betrieben werden, um mechanische Leistung in Strom umzuwandeln. Der Statorkern 102 kann eine Innenfläche 108 und einen Hohlraum 110 definieren. Der Rotor 106 kann zur Anordnung und zum Betrieb innerhalb des Hohlraums 110 bemessen sein. Der Rotor 10 kann einen Stapel aus Blechpaketen aufweisen, wie in dieser Schrift an anderer Stelle ausführlicher erörtert. Eine Welle 112 kann mit dem Rotor 106 wirkverbunden und an andere Fahrzeugkomponenten gekoppelt sein, um mechanische Leistung davon zu übertragen.
Wicklungen 120 können innerhalb des Hohlraums 110 des Statorkerns 102 angeordnet sein. In einem Beispiel für einen Elektromaschinenmotor kann den Wicklungen 120 Strom zugeführt werden, um am Rotor 106 eine Drehkraft zu erhalten. In einem beispielhaften Elektromaschinengenerator kann Strom, der in den Wicklungen 120 durch eine Drehung des Rotors 106 erzeugt wird, verwendet werden, um Fahrzeugkomponenten anzutreiben. Abschnitte der Wicklungen 120, wie etwa Wickelköpfe 126, können aus dem Hohlraum 110 hervorragen. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 kann entlang der Wicklungen 120 und der Wickelköpfe 126 Wärme erzeugt werden. Der Rotor 106 kann Magneten beinhalten, sodass die Drehung des Rotors 106 gemeinsam mit einem elektrischen Strom, der durch die Wickelköpfe 126 fließt, ein oder mehrere Magnetfelder erzeugt. Beispielsweise kann elektrischer Strom, der durch die Wickelköpfe 126 fließt, ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Die Magnete des Rotors 106 können sich magnetisieren und mit dem rotierenden Magnetfeld drehen, um die Welle 112 für mechanische Leistung zu drehen.
Bezogen auf die 3 und 4 kann ein Rotor 200 aus einer Vielzahl von Blechpaketen oder Blechpaketschichten 202 ausgebildet sein. Der Rotor 200 kann eine Vielzahl Paare von Dauermagneten 204 aufweisen, die um einen Umfang des Rotors beabstandete Magnetpole erzeugen. Eine mittlere Öffnung oder ein Loch 206 ist an einem Innendurchmesser, einer Fläche oder einer Kante des Rotors vorgesehen, um eine Abtriebswelle in Eingriff zu nehmen. Das Loch 206 erstreckt sich um eine Rotationsachse 208.
Eine Anzahl von Brücken verbindet das Material, das Dauermagnettaschen 210 umgibt. Eine mittlere Brücke 212 erstreckt sich radial zwischen den Taschen 210. Oberseitenbrücken 214 erstrecken sich umlaufend außerhalb der Taschen 210. Die Kombination jeder mittleren Brücke mit dem Paar äußerer Oberseitenbrücken hält das Teil des Blechpakets außerhalb der Brücken und die Magnete 204 unter Zentrifugallast. Mechanisch gesehen kann der Rotor dank der Brücken Zentrifugalkräften zuverlässig standhalten, die dadurch entstehen, dass der Rotor während des Betriebs der elektrischen Maschine elektromagnetisch angetrieben wird. Die Brücken können allerdings auch zu einem magnetischen Streufluss führen, was das Abgabedrehmoment und den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine reduziert. Deswegen sind aus elektromagnetischer Sicht dünne Brücken wünschenswert, um eine hohe Drehmomentabgabe und einen hohen Motorwirkungsgrad zu ermöglichen. Der Ausgleich zwischen Festigkeit und Leistungsfähigkeit führt zu einem grundsätzlichen Abwägen zwischen mechanischer und elektromagnetischer Ausgestaltung.
Des Weiteren definiert die V-förmige Ausrichtung der Taschen 210, die Dauermagnetpaare 204 tragen, eine feste Masse, die in der Mitte des V-Abschnitts verschachtelt ist. Periphere Hohlräume 220 oder Löcher sind in einem mittleren Abschnitt der festen Masse vorgesehen. Die peripheren Hohlräume 220 grenzen an eine äußere Fläche des Rotors 200 an und erzeugen Abschnitte aus dünnem Material an der äußeren Oberseitenbrücke 214 zwischen den Dauermagneten 204. Größere Hohlräume 220 können die Masse des Rotorblechpakets, die von den Brücken getragen werden muss, stärker reduzieren.
Das Blechpaket 200 kann Randbrücken 230, 234 definieren oder beinhalten. Beispielsweise können eine oder mehrere Randbrücken 230 vorgesehen sein, die sich zwischen den Taschen 210 und dem Außenrand 232 des Blechpakets 200 erstrecken können. Eine oder mehrere Randbrücken 234 können sich zwischen peripheren Hohlräumen 220 und dem Außenrand 232 des Blechpakets 200 erstrecken.
Ein Blechpaket kann eine gleichförmige (oder im Wesentlichen gleichförmige) Zusammensetzung aufweisen. Beispielsweise kann eine gleichförmige Eisen-Silicium(FeSi)-Legierung durch Warmwalzen, Glühen und Kaltwalzen zu einem dünnen Elektrostahlblech mit homogener chemischer Zusammensetzung und homogenen physikalischen Eigenschaften verarbeitet werden. Rotor- und/oder Statorblechpaketkerne können aus dem Elektrostahlblech ausgebildet werden, indem die gestanzten Blechpakete mittels einer Matrize gestanzt und daraufhin gestapelt werden. Das Stanzen von Rotor- und/oder Statorblechpaketen aus einem Elektrostahlblech, das homogene Eigenschaften aufweist, kann identische Eigenschaftskennlinien innerhalb der Rotor- oder Statorblechpakete ergeben. Allerdings unterliegt eine elektrische Maschine möglicherweise gegensätzlichen Eigenschaftsanforderungen im Hinblick auf verschiedene Bereiche innerhalb eines Blechpakets. In den Brückenbereichen eines Rotors (z. B. bei der mittleren Brücke 212 und/oder den Randbrücken 230 von 3) kann es zum Beispiel wünschenswert sein, die magnetische Permeabilität eines Blechs zu reduzieren, um den Streufluss zu reduzieren und die Drehmomentdichte zu erhöhen. Im Gegensatz dazu für die anderen Bereiche innerhalb des Rotorblechpakets eine hohe Permeabilität gewünscht, um eine hohe magnetische Induktion für eine höhere Drehmomentdichte zu gewährleisten. Aus diesem Grund kann es wünschenswert sein, die Permeabilität nur in ausgewählten Bereichen des Rotorblechpakets zu senken.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann das Blechpaket 200 mit unterschiedlichen Zusammensetzungen vorgesehen sein. Die unterschiedlichen Zusammensetzungen können zum Beispiel erreicht werden, indem das Blechpaket 200 mithilfe eines Fertigungsprozesses, wie z. B. eines Prozesses zur additiven Fertigung (die auch als 3D-Druck bezeichnet werden kann), ausgebildet wird. In einem Prozess zur additiven Fertigung wird ein Objekt durch selektive Materialabscheidung Schicht um Schicht aufgebaut. Zwei Beispiele für additive Fertigung unter Verwendung von Metallen sind das direkte Metall-Lasersintern (DMLS) und Laserstrahlverdampfen (Laser Deposition - LD). Bei jedem der Prozesse wird Pulver mittels einer Laserheizquelle verdichtet. Dabei kann zum Lenken eines Lasers ein Laserkopf 240 vorgesehen sein.
Um einen Blechpaketkern mittels des DMLS-Prozesses herzustellen, wird ein computergesteuerter Laser über ein zuvor ausgebreitetes Metallpulverbett gerastert, wodurch nur das Pulver verdichtet wird, das der Lasererhitzung ausgesetzt ist. Nachdem eine Schicht verdichtet worden ist, kann eine dünne elektrische Isolierschicht auf die Oberfläche der Schicht aufgebracht werden. Eine anorganische Keramikbeschichtung (bspw. mit einer hohen Temperaturbeständigkeit) kann als Isolierschicht ausgewählt werden. Die Isolierschicht kann in dieser Weise einer Lasererhitzung mit hoher Temperatur während aufeinanderfolgender Metallschichtabscheidungen standhalten. Danach kann eine neue Pulverschicht über das Werkstück gebürstet und der Verdichtungsschritt wiederholt werden. Sobald das Blechpaketkern fertiggestellt ist, kann es aus dem losen Pulver genommen und daraufhin erneut erhitzt oder feinbearbeitet werden, um die raue Außenflächenschicht zu entfernen.
Um einen Blechpaketkern mithilfe des LD-Prozesses herzustellen, kann Metallpulver direkt in einen Laserstrahl eingebracht werden, während ein Aufbaukopf über das Werkstück rastert. Der Laser kann während des Rasterns eine Lache aus flüssiger Schmelze erzeugen, was es ermöglichen kann, an ausgewählten Positionen Schicht um Schicht eine dichte Komponente aufzubauen. Zwischen den Abscheidungen benachbarter Schichten kann die anorganische, gegenüber hoher Temperatur beständige Keramikbeschichtung aufgebracht werden, um zwischen den Schichten eine elektrische Isolation bereitzustellen.
Das Ausbilden eines Blechpaketkerns durch additive Fertigung kann die Verwendung individuell angepasster Zusammensetzungen ermöglichen, beispielsweise, indem während des Fertigungsprozesses an verschiedenen räumlichen Stellen Pulver unterschiedlicher Elemente oder Legierungen eingebracht werden. Dies ermöglicht ein strategisches Modifizieren physikalischer Eigenschaften von Blechpaketkernen innerhalb der 2-dimensionalen Blechpaketebene. Auf diese Weise, und wie in den nachfolgenden unterschiedlichen Beispielen beschrieben, kann ein Rotorblechpaket lokal abgestimmte Eigenschaften aufweisen. Zu den lokal abgestimmten Eigenschaften können beispielsweise die magnetische Permeabilität, mechanische Festigkeit, Verluste und magnetische Flussdichte gehören.
Bei wenigstens einer Herangehensweise beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets Herstellen, mithilfe eines Lasers, eines ersten Bereichs einer Blechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall. Das erste pulverförmige Metall kann eine erste Zusammensetzung aufweisen. Bei der ersten Zusammensetzung kann es sich beispielsweise um eine Eisen-Silicium(FeSi)-Legierung handeln. Die FeSi-Legierung kann ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 4,5 Gew.-% Silicium aufweisen. Der erste Bereich kann eine Magnettasche zumindest teilweise definieren. Das Verfahren kann ferner, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines zweiten Bereichs der Blechpaketschicht mit einem zweiten pulverförmigen Metall beinhalten. Das zweite pulverförmige Metall kann eine zweite Zusammensetzung aufweisen, die sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet. Bei wenigstens einer Herangehensweise kann das zweite pulverförmige Metall eine geringere magnetische Permeabilität als das erste pulverförmige Metall aufweisen. Beispielsweise kann das zweite pulverförmige Metall ein nicht ferromagnetischer austenitischer Edelstahl sein.
Somit kann der hier erörterten zweite Bereich eine höhere Flussdichte als der erste Bereich aufweisen. Der zweite Bereich kann einen geringeren Eisenverlust als der erste Bereich aufweisen. Der zweite Bereich kann eine höhere mechanische Festigkeit als der erste Bereich aufweisen.
Der erste und der zweite Bereich können in einer gemeinsamen Blechpaketebene ausgebildet sein. Der zweite Bereich kann neben (z. B. unmittelbar neben) dem ersten Bereich angeordnet sein. So kann der zweite Bereich an den ersten Bereich anstoßen.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann die Permeabilität lokaler Bereiche angepasst werden, indem die Atmosphäre während der Schichtabscheidung geändert wird. Somit kann das Verfahren ferner vor dem Herstellen des ersten Bereichs Bereitstellen einer Edelgasatmosphäre in der Nähe des Lasers beinhalten. Die Edelgasatmosphäre kann Argon sein oder dieses beinhalten. Das Verfahren kann ferner vor dem Herstellen des zweiten Bereichs Bereitstellen einer Reaktionsgasatmosphäre in der Nähe des Lasers beinhalten. Die Reaktionsgasatmosphäre kann Sauerstoff sein oder diesen beinhalten.
Bezogen auf 5 ist ein Abschnitt eines Rotorblechpakets 250 dargestellt. Das Rotorblechpaket 250 kann einen ersten Bereich 252 und einen oder mehrere zweite Bereiche 254 beinhalten. Wie erörtert, kann der erste Bereich 252 aus einem ersten Material ausgebildet sein und kann der zweite Bereich 254 aus einem zweiten Material ausgebildet sein, das sich vom ersten Material unterscheidet. Der erste Bereich 252 kann aus einer FeSi-Legierung ausgebildet sein. So kann der erste Bereich 252 eine hohe Permeabilität aufweisen.
Der erste Bereich 252 kann Taschen 260 (bspw. zwei benachbarte Taschen 260) zum Aufnehmen von Dauermagneten 262, die einen Magnetpol des Rotors erzeugen, definieren. Die Taschen 260 können eine V-Form aufweisen, um Schenkel zu bilden. Die Taschen 260 können eine beliebige Form aufweisen. Die Taschen können zum Beispiel V-förmig, U-förmig oder linear geformt sein. Die Schenkel können sich von einem Scheitelpunkt der V-Form oder einem entsprechenden gemeinsamen Punkt an der U-Form (z. B. im unteren Bereich) erstrecken oder Hälften der linearen Form umfassen. Die Schenkel können durch eine Kante des Magneten 262, Taschen 260 oder eine Mittellinie des Magneten 262 definiert sein.
Um die magnetische Permeabilität an bestimmten räumlichen Stellen zu senken, kann das Rotorblechpaket 250 mit einer individuell angepassten Zusammensetzungsanordnung bereitgestellt werden. In dieser Weise können ein oder mehrere zweite Bereiche 254 bereitgestellt werden. Das Material des zweiten Bereichs 254 kann beispielsweise nicht ferromagnetischer austenitischer Edelstahl sein, der einen hohen Chromgehalt aufweisen kann. Bei wenigstens einer Herangehensweise kann Edelstahl 304L (wie z. B. Fe68Cr20NilOMn1 Si0,3 in Gew.-%) oder 316L im zweiten Bereich 254 bereitgestellt werden.
Der zweite Bereich 254 kann eine mittlere Brücke 270 aufweisen, die sich zwischen den Taschen 260 erstrecken kann. Bei wenigstens einer Herangehensweise bildet eine erste Seite 270a der mittleren Brücke 270 eine Wand einer Magnettasche 260 und kann eine zweite Seite 270b der mittleren Brücke 270 gegenüber der ersten Seite 270a eine Wand einer benachbarten Magnettasche 260 bilden.
Der zweite Bereich 254 kann zudem eine periphere Brücke 272 beinhalten. Die periphere Brücke 272 kann sich zwischen einer Magnettasche 260 und einem Außenrand 274 des Rotorblechpakets erstrecken. Bei wenigstens einer Herangehensweise kann eine erste Seite 272a der peripheren Brücke 270 eine Wand einer Magnettasche 260 bilden und kann eine zweite Seite 272b der peripheren Brücke 270 gegenüber der ersten Seite 272a eine am weitesten außen liegende umlaufende Wand 276 des Rotorblechpakets 250 bilden.
Da ein LD-Prozess für gewöhnlich mehrere Düsen enthält, können verschiedene Pulver aus verschiedenen Elementen oder Legierungen aus Einfülltrichtern zu den Düsen gesogen und in den Laser eingebracht werden. Zusammensetzungen können strategisch geändert werden, wenn der Aufbaukopf an verschiedenen Stellen der Abscheidungsschicht rastert. Wenn es zu den Brückenbereichen des Rotorblechpakets bewegt wird, kann das Pulver zum Beispiel von FeSi zu FeCrNiMnSi (bspw. Edelstahl, 304L) geändert werden.
Zusätzlich zu elementarem Chrom, Mangan und Nickel können auch andere Elemente wie beispielsweise Aluminium, Silicium, Kohlenstoff, Schwefel und/oder Germanium in die Bereiche eingebracht werden, in denen eine geringere Permeabilität gewünscht ist.
Bei der in 5 gezeigten Herangehensweise kann der Prozess zur additiven Fertigung eine Endformteilerzeugung ermöglichen.
Bezogen aus 6 kann die chemische Zusammensetzung eines ausgebreiteten Metallpulverbetts 280 während eines DMLS-Prozesses je nach relativer Position in der Blechpaketebene variieren. Das ausgebreitete Pulverbett 280 kann einen ersten Bereich 252' und einen oder mehrere zweite Bereiche 254' beinhalten. Um die Verdichtung des Pulvers zu fördern, können auch Betriebsparameter (z. B. die Leistung des Lasers, die Laserbewegungsgeschwindigkeit, die Lichtpunktgröße und Bearbeitungshöhe usw.) variiert werden, wenn verschiedene Bereiche mit verschiedenen Pulverzusammensetzungen (erster und zweiter Bereich 252, 254) verdichtet werden.
Bezogen auf 7 ist ein Abschnitt eines Rotorblechpakets 300 dargestellt. Das Rotorblechpaket 300 kann einen ersten Bereich 302 und einen oder mehrere zweite Bereiche 304 beinhalten. Wie erörtert, kann der erste Bereich 302 aus einem ersten Material ausgebildet sein und kann der zweite Bereich 304 aus einem zweiten Material ausgebildet sein, das sich vom ersten Material unterscheidet. Der erste Bereich 302 kann aus einer FeSi-Legierung ausgebildet sein. So kann der erste Bereich 302 eine normale mechanische Festigkeit aufweisen. Der zweite Bereich 304 kann eine Zusammensetzung aufweisen, die (im Verhältnis zum ersten Bereich 302) höhere Konzentrationen eines oder mehrerer von Aluminium, Silicium, Schwefel und Germanium aufweist. Solche Elemente können Strukturdefekte im Rotorblechpaket 300 erzeugen, was eine Versetzungsbewegung behindern und damit die mechanische Festigkeit verbessern kann.
Bei wenigstens einer Herangehensweise sind sowohl der Mittel- als auch der Randbrückenbereich des Rotorblechpakets 300 nicht magnetisch und weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf. Somit können in den zweiten Bereichen 304 Metalllegierungen, die nicht ferromagnetisch sind und eine ultrahohe Festigkeit aufweisen, wie beispielsweise Ti-Legierungen und hochfester Stahl, zur Verwendung gebracht werden.
Die mechanische Festigkeit in den zweiten Bereichen 304 kann auch durch Kornfeinung verbessert werden. Im Falle polykristalliner Metalle wie beispielsweise von FeSi-Blechpaketen kann sich die Korngröße auf die mechanischen Eigenschaften auswirken. So kann die mechanische Festigkeit zum Beispiel mit abnehmender Korngröße zunehmen. Auf diese Weise können die Parameter der Metallabscheidung, wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Pulverzufuhr, die Laserleistung, Laserbewegungsgeschwindigkeit, der Laserneigungswinkel, die Bearbeitungshöhe, die Lichtpunktgröße lokal angepasst werden, um die Korngröße des Blechpakets zu reduzieren und seine mechanische Festigkeit zu verbessern. Solche Parameter können angepasst werden, während die chemische Zusammensetzung innerhalb der Blechpaketebene unverändert bleibt.
Bezogen auf 8 sind ein Abschnitt eines Rotorblechpakets 310 und ein Abschnitt eines Statorblechpakets 312 dargestellt. Das Rotor- und das Statorblechpaket 310, 312 können einen ersten Bereich 314 und einen oder mehrere zweite Bereiche 316 beinhalten. Wie erörtert, kann der erste Bereich 314 aus einem ersten Material ausgebildet sein und kann der zweite Bereich 316 aus einem zweiten Material ausgebildet sein, das sich vom ersten Material unterscheidet.
Der erste Bereich 314 kann aus einer FeSi-Legierung ausgebildet sein. So kann der erste Bereich 314 einen normalen Eisenverlust aufweisen.
Die zweiten Bereiche 316 können in Bereichen angeordnet sein, die einem erhöhten Eisenverlust ausgesetzt sind, beispielsweise am Außenrand des Rotors und an den Zackenkanten des Stators. Der zweite Bereich kann sich in dieser Weise um einen kompletten Außenumfang der Rotorblechpaketschicht 310 erstrecken. In den zweiten Bereichen 316 kann die Zusammensetzung des Pulvers, das bei Fertigungsprozessen (wie z. B. DMLS- oder LD-Prozessen) verwendet wird, variiert werden, indem höhere Konzentrationen an elementarem Aluminium, Silicium oder Legierungen davon mit Eisen zugesetzt werden. Während der erste Bereich 314 beispielsweise eine FeSi-Zusammensetzung mit ungefähr (z.B. +/- 0,5 %) 3 Gew.-% Silicium sein kann, können die zweiten Bereiche 316 eine FeSi-Zusammensetzung mit ungefähr (z. B. +/- 0,5 %) 6,5 Gew.-% Silicium sein. Daher können die zweiten Bereiche 316 eine höhere Beständigkeit aufweisen und eine lokale Verlustreduktion ergeben.
Bezogen auf 9 sind ein Abschnitt eines Rotorblechpakets 320 und ein Abschnitt eines Statorblechpakets 322 dargestellt. Das Rotor- und das Statorblechpaket 320, 322 können einen ersten Bereich 324 und einen oder mehrere zweite Bereiche 326 beinhalten. Wie erörtert, kann der erste Bereich 324 aus einem ersten Material ausgebildet sein und kann der zweite Bereich 326 aus einem zweiten Material ausgebildet sein, das sich vom ersten Material unterscheidet. Der erste Bereich 324 kann aus einer FeSi-Legierung ausgebildet sein. So kann der erste Bereich 324 eine normale Magnetisierung aufweisen. Der zweite Bereich 326 kann im Vergleich zum ersten Bereich 324 mit einem höheren Anteil an Cobalt oder Cobaltlegierungen bereitgestellt werden. Der zweite Bereich 326 kann so eine höhere Magnetisierung als der FeSi-Elektrostahl des ersten Bereichs 324 aufweisen.
Die zweiten Bereiche 326 können in Bereichen angeordnet sein, die eine erhöhte magnetische Flussdichte erfordern, beispielsweise Abschnitte des Außenrands des Rotors und an den Zacken des Stators. Bei wenigstens einer Herangehensweise erstreckt sich ein zweiter Bereich 326 des Rotorblechpakets 320 entlang eines Außenumfangs der Blechpaketschicht von einem Rand einer Magnettasche 328 zu einem Rand eines Hohlraums 330, der sich nahe dem Außenumfang der Blechpaketschicht befindet.
Bezogen auf 10 ist ein Abschnitt eines Rotorblechpakets 340 dargestellt. Das Rotorblechpaket 340 kann eine erste Metalllegierung 342 aufweisen, die einen ersten Bereich definiert, und sie kann eine zweite Metalllegierung aufweisen, die einen oder mehrere zweite Bereiche definiert, die an einer beliebigen Stelle oder Kombination aus Stellen, wie vorstehend erörtert, angeordnet sind. Die zweite Metalllegierung kann beispielsweise wenigstens einen Abschnitt einer Brücke bilden, der sich zwischen den Magnettaschen erstreckt, wie bezogen auf die 5-7 gezeigt und erörtert. Die erste Metalllegierung 342 kann eine oder mehrere Lufttaschen 344 definieren. Beispielsweise kann die erste Metalllegierung 342 eine Lufttasche 344 definieren, die radial zumindest zwischen Abschnitten zweier benachbarter Magnettaschen 346 und einer radial nach innen gerichteten Fläche 348 der Blechpaketschicht 340 angeordnet sein kann.
Somit ist bei wenigstens einer Herangehensweise ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets vorgesehen. Das Verfahren kann, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines ersten Bereichs einer Rotorblechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall, das eine erste Zusammensetzung aufweist, beinhalten. Das Verfahren kann ferner, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines zweiten Bereichs der Rotorblechpaketschicht, der mit dem ersten Bereich in Berührung steht, mit einem zweiten pulverförmigen Metall, das eine zweite Zusammensetzung aufweist, welche sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet, beinhalten. Der erste und der zweite Bereich können in einer gemeinsamen Blechpaketebene ausgebildet werden. Das Verfahren kann ferner Ausbilden einer Vielzahl von Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands der Rotorblechpaketschicht beinhalten. Der erste Bereich kann die Magnettaschen zumindest teilweise definieren. Der zweite Bereich kann eine mittlere Brücke beinhalten, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt. Die mittlere Brücke kann eine Wand von wenigstens einer der Magnettaschen bilden.
Der zweite Bereich kann zudem oder stattdessen eine periphere Brücke beinhalten. Die periphere Brücke kann sich zwischen zumindest einer der Magnettaschen und einem Außenrand des Rotorblechpakets erstrecken. Eine erste Seite der peripheren Brücke kann eine Wand von wenigstens einer der Magnettaschen bilden. Eine zweite Seite der peripheren Brücke gegenüber der ersten Seite kann eine am weitesten außen liegende umlaufende Wand des Rotorblechpakets bilden.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann das erste pulverförmige Metall eine höhere magnetische Permeabilität als das zweite pulverförmige Metall aufweisen. Das erste pulverförmige Metall kann einen höheren Eisenverlust als das zweite pulverförmige Metall aufweisen. Das zweite pulverförmige Metall kann eine höhere Flussdichte als das erste pulverförmige Metall aufweisen. Bei einer beispielhaften Herangehensweise kann es sich bei dem ersten pulverförmigen Metall um eine Eisen-Silicium-Legierung mit ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 4,5 Gew.-% Silicium handeln. Das zweite pulverförmige Metall kann ein nicht ferromagnetisches Material sein.
Das Verfahren kann ferner Ausbilden einer Tasche, die kein pulverförmiges Metall aufweist, während des Herstellens des ersten Bereichs beinhalten. Die Tasche kann radial zwischen wenigstens einem Abschnitt einer Magnettasche und einer radial nach innen gerichteten Fläche der Blechpaketschicht angeordnet sein.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann das Verfahren ferner vor dem Herstellen des ersten Bereichs Bereitstellen einer Edelgasatmosphäre in der Nähe des Laserstrahls und eines Pulverbetts beinhalten. Das Verfahren kann ferner vor dem Herstellen des zweiten Bereichs Bereitstellen einer Reaktionsgasatmosphäre in der Nähe des Laserstrahls und des Pulverbetts beinhalten.
Somit kann ein Rotor mit einem Rotorkernblechpaket bereitgestellt werden. Das Rotorkernblechpaket kann eine erste Metalllegierung aufweisen, die benachbarte Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands des Rotorkernblechpakets zumindest teilweise definiert. Das Rotorkernblechpaket kann ferner eine sich von der ersten Metalllegierung unterscheidende zweite Metalllegierung aufweisen, die wenigstens einen Abschnitt einer Brücke bildet, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt. Die erste Metalllegierung kann eine höhere magnetische Permeabilität aufweisen als die zweite Metalllegierung. Die zweite Metalllegierung kann eine geringere Korngröße aufweisen als die erste Metalllegierung. Die zweite Metalllegierung kann periphere Brücken definieren, die sich zwischen den Magnettaschen und dem Außenrand des Rotorkernblechpakets erstrecken. Die zweite Metalllegierung kann sich um einen kompletten Außenumfang des Rotorkernblechpakets erstrecken. Die erste Metalllegierung kann eine Lufttasche definieren, die radial zwischen einem nach innen gerichteten Bereich des Rotorkernblechpakets und den Magnettaschen angeordnet ist. Das Rotorkernblechpaket kann ferner Dauermagnete aufweisen, die auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Metalllegierung in den Magnettaschen angeordnet sind.
Bezogen auf 11 kann nun ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorkerns Herstellen einer Vielzahl von Blechen 350 beinhalten, wozu ein erstes Blechpaket 3 50a, ein zweites Blechpaket 350b, ein drittes Blechpaket 350c und ein viertes Blechpaket 350d gehören können. Die Blechpakete 350 können eine Kombination aus Schlitzen 352 und Zapfen 354 beinhalten. Beispielsweise kann das erste Blechpaket 350a einen ersten Zapfen 354a aufweisen, kann das zweite Blechpaket 350b einen ersten Schlitz 352b und einen zweiten Zapfen 354b aufweisen und kann das dritte Blechpaket 350c einen zweiten Schlitz 352c aufweisen. Das Verfahren kann Anbringen des ersten Blechpakets 350a an dem zweiten Blech 350b derart, dass der erste Zapfen 354a in dem ersten Schlitz 352b angeordnet ist, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Anbringen des zweiten Blechpakets 350b an dem dritten Blechpaket 350c derart, dass der zweite Zapfen 354b in dem zweiten Schlitz 352c angeordnet ist, beinhalten.
Im vorliegenden Zusammenhang kann ein Schlitz als Aussparung, Vertiefung, Einbuchtung usw. bezeichnet werden. Im vorliegenden Zusammenhang kann ein Zapfen als Keil, Vorsprung usw. bezeichnet werden. Die Zapfen können einstückig mit den Blechpaketen (bspw. aus demselben Material) ausgebildet sein. Somit können die Blechpakete in den Bereichen der Schlitze und Zapfen einstückig ausgebildete, integrale, einteilige Blechpakete sein.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann der erste Zapfen 354a eine Höhe aufweisen, die einer Tiefe des ersten Schlitzes 352b entspricht (bspw. mit dieser übereinstimmt oder geringfügig geringer als diese ist). Analog dazu kann der zweite Zapfen 354b eine Höhe aufweisen, die einer Tiefe des zweiten Schlitzes 352c entspricht (bspw. mit dieser übereinstimmt oder geringfügig geringer als diese ist).
Die Zapfen 354 können in dieser Weise als Verzahnung verwendet werden, um benachbarte Blechpakete zu einem festen Kern 360 zu fügen. Solche dreidimensionalen Blechpaketschichten können im Vergleich zu ebenen Blechpaketen eine erhöhte Steifigkeit aufweisen. Darüber hinaus können solche dreidimensionalen Blechpaketschichten ein verbessertes Kern-NVH-Verhalten bereitstellen.
Somit kann eine elektrische Maschine bereitgestellt werden. Die elektrische Maschine kann einen Stapel verzahnter Rotorkernblechpakete beinhalten. Einzelne Rotorkernblechpakete der verzahnten Rotorkernblechpakete können einen sich darin erstreckenden Schlitz und einen sich davon erstreckenden, einstückig ausgebildeten Zapfen beinhalten. Die Zapfen können gemeinsame Flächen mit den Schlitzen bilden, um benachbarte Rotorkernblechpakete miteinander zu verzahnen.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann ein erstes einzelnes Rotorkernblechpaket einen ersten Schlitz aufweisen, dessen Tiefe sich in das erste einzelne Rotorkernblechpaket erstreckt. Ein zweites einzelnes Rotorkernblechpaket kann einen ersten einstückig ausgebildeten Zapfen mit einer sich davon erstreckenden Höhe aufweisen. Die Höhe des ersten einstückig ausgebildeten Zapfens kann der Tiefe des ersten Schlitzes entsprechen.
Die additive Fertigung von Rotor- und/oder Statorblechpaketen, die hier vorgesehen sind, ist flexibel. Anstatt beispielsweise einen kompletten Kern mithilfe eines Verfahrens zur additiven Fertigung Schicht um Schicht herzustellen, können nur eine einzelne Schicht oder mehrere, aber nicht alle Schichten per additiver Fertigung ausgebildet werden. Darüber hinaus können die lokalen physikalischen Eigenschaften der einzelnen Rotor- oder Statorblechpaketen während des Prozesses zur additiven Fertigung, wie in dieser Schrift erörtert, fein abgestimmt werden. Blechpaketschichten können mit einer Isolierschicht überzogen und gestapelt werden, um Rotor- und Statorkerne aufzubauen.
Außerdem ist ausdrücklich vorgesehen, dass die Anordnung der zweiten Bereiche, die bezogen auf die 5-9 beschrieben wurden, kombiniert, umgeordnet und anderweitig abgewandelt werden kann.
Während des Prozesses zum Kernaufbau kann die Haftung zwischen verschiedenen Schichten von per additiver Fertigung ausgebildeten Blechpaketen erreicht werden, indem nach dem Aufbringen der Isolierschicht eine dünne Klebstoffschicht aufgebracht wird. Die Klebeverbindung kann dann entweder bei Raumtemperatur oder hoher Temperatur ausgehärtet werden.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind auf das Reduzieren des Eisenverlusts in einer elektrischen Maschine gerichtet. Bei einigen Anwendungen kann der Kern einer elektrischen Vorrichtung derart verarbeitet werden, dass die magnetische Permeabilität der Vorrichtung reduziert wird. Durch plastische Verformung ändern sich die magnetischen Eigenschaften der elektrischen Vorrichtung. Beispielsweise verringert sich die magnetische Permeabilität bei Vorliegen einer plastischen Verformung des Blechpakets. Insbesondere kann eine plastische Verformung eingebracht werden, indem die Blechpakete an vorgegebenen Stellen verformt werden, um die magnetische Permeabilität in ausgewählten Bereichen der Blechpakete zu verringern.
Wie oben genannt, können die Blechpakete aus Elektrostahlblech ausgebildet werden. Die Elektrostahlbleche können eine vorgegebene Dicke aufweisen. Die Elektrostahlbleche können gestanzt werden, um Rotorblechpakete und Statorblechpakete zu erzeugen. Die Blechpakete können aus einem oder mehreren der Elektrostahlbleche abgeleitet werden. Bestimmte Bereiche der Blechpakete, die derart ausgelegt sind, dass sie als Flussbarrieren dienen, können derart verarbeitet werden, dass sie eine magnetische Permeabilität senken. Um die magnetische Permeabilität eines bestimmten Bereichs zu reduzieren, wird eine plastische Verformung in diesen Bereichen eingebracht. Die plastische Verformung kann durch Verformungsprozesse eingebracht werden.
Beispielsweise kann ein Brückenbereich eines Rotorblechpakets verformt werden, um die magnetische Permeabilität zu reduzieren. Der Brückenbereich kann als Flächenbereich zwischen den Magnetöffnungen definiert sein, die ein V-förmiges Paar bilden. Wie zuvor beschrieben, handelt es sich bei dem Brückenbereich um denjenigen Bereich aus Elektrostahl an der Basis der V-Form, in dem sich die einem Paar zugeordneten Magnetöffnungen in einem geringsten Abstand befinden. Zusätzlich dazu können die äußeren Brückenbereiche als die Fläche des Blechpakets definiert sein, die zwischen den fernen Enden der Magnetöffnungen und der Außenrandfläche liegt. Es können zwei äußere Brückenbereiche für jedes V-förmige Paar Magnetöffnungen vorhanden sein.
Um eine Reduzierung der magnetischen Permeabilität zu erreichen, können vordefinierte Bereiche durch die zu beschreibenden Verfahren verformt werden. Die vordefinierten Bereiche können durch eine Analyse der gewünschten Eigenschaften der elektrischen Vorrichtung bestimmt werden. Beispielsweise können die vordefinierten Bereiche im Falle eines Rotorblechpakets den Brückenbereich und die äußeren Brückenbereiche beinhalten. Der Brückenbereich und die äußeren Brückenbereiche können mithilfe verschiedener Verfahren, wie beispielsweise Strahlverfahren (darunter bspw. Kugelstrahlen und Laserstrahlen), lokal behandelt werden. Eine Maske kann erzeugt und über das Blechpaket gelegt werden, um nur den Brückenbereich und/oder die äußeren Brückenbereiche zum Verformen freizulegen. Eine solche Verarbeitung ändert nur die Eigenschaften des Materials in den freigelegten Bereichen. Es ist zu beachten, dass andere vordefinierte Bereiche basierend auf den gewünschten Eigenschaften für eine jeweilige elektrische Vorrichtung ausgewählt werden können. Bei den vordefinierten Bereichen kann es ich um diejenigen Oberflächen des Blechpakets handeln, in denen eine Verformung zu einer Verringerung der magnetischen Permeabilität des elektrischen Kerns führt.
Ein anderes Verfahren zum Verformen der Blechpakete kann darin bestehen, die vorgegebenen Bereiche zu pressen, um eine oder mehrere Einbuchtungen oder gestauchte Bereiche in den vorgegebenen Bereichen (z. B. dem Brückenbereich und den äußeren Brückenbereichen) auszubilden. Eine plastische Verformung kann mithilfe eines Stanzprozesses eingebracht werden. Durch den Stanzprozess kann eine Scherkraft ausgeübt werden, die eine plastische Verformung an der Schnittkante erzeugt. Eine zusätzliche plastische Verformung kann während des Stanzprozesses erreicht werden.
Elektrostahl wird gemeinhin bei rotierenden elektrischen Maschinen verwendet, wie etwa Motoren, Generatoren und dergleichen. Während des Betriebs kann die Zentrifugalkraft aufgrund von Rotation Rotorblechpakete beanspruchen. Die Beanspruchung der Blechpakete kann sich durch Ermüdung auf die strukturelle Integrität der Rotorkernbaugruppe auswirken.
Bezogen auf die 12-19 kann nun ein Blechpaket für eine elektrische Maschine unter Verwendung einer Kombination aus einem Stanzprozess und einem Prozess zur additiven Fertigung ausgebildet werden. Bei einem Stanzprozess können Stanzwerkzeuge verwendet werden, zu denen eine Stanze 400 (die auch als Stanzkopf bezeichnet werden kann) gehören kann. Zu den Stanzwerkzeugen kann auch eine Matrize 404 gehören. Zu den Stanzwerkzeugen können auch ein Rohlingshalter und/oder ein Matrizenhalter gehören.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann die Stanze 400 einen führenden Abschnitt aufweisen, der als mittlerer Bereich 410 bezeichnet werden kann. Der mittlere Bereich kann eine ferne Fläche 412 und eine periphere Fläche 414 (die einer peripheren Wand entsprechen kann) aufweisen, die sich von der fernen Fläche erstreckt. Die periphere Fläche 414 kann sich beispielsweise in einer Ebene erstrecken, die im Allgemeinen senkrecht zur fernen Fläche 412 verläuft. Bei wenigstens einer Herangehensweise handelt es sich bei der peripheren Fläche 414 um eine Vielzahl von Flächen, die zusammengenommen die periphere Fläche bilden. Bei einer wieder anderen Herangehensweise ist die periphere Fläche 414 eine durchgehende periphere Fläche.
Der mittlere Bereich 410 der Stanze 400 kann einen Querschnitt aufweisen, der einem Bereich entsprechen kann, der in ein Blech gestanzt werden soll. Beispielsweise kann der mittlere Bereich 410 im Allgemeinen zylindrisch sein, sodass die periphere Fläche 414 einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt definieren kann. Der mittlere Bereich 410 kann mit einem Durchlass 420 oder Hohlraum gefluchtet sein, die bzw. der in der Matrize 404 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann beim Stanzen wenigstens ein Teil des gestanzten Materials durch den Durchlass 420 herausgedrückt werden.
Die Stanze 400 kann eine Stauchfläche 416 aufweisen. Die Stauchfläche 416 kann sich vom mittleren Bereich 410 erstrecken, beispielsweise von der peripheren Fläche 414. Bei wenigstens einer Herangehensweise, die in 12 dargestellt ist, kann die Stanze 400a eine Stauchfläche aufweisen, die eine angeschrägte Stanzfläche 416a sein kann. Die angeschrägte Stanzfläche 416a kann sich in Bezug auf die Ebene der peripheren Fläche 414 in einem schiefen Winkel von der peripheren Fläche 414 erstrecken. Der schiefe Winkel kann beispielsweise im Bereich von ungefähr 30 Grad bis ungefähr 60 Grad und insbesondere im Bereich von ungefähr 35 Grad bis ungefähr 55 Grad liegen und kann beispielsweise ungefähr 45 Grad betragen.
Bei einer weiteren Herangehensweise, die in 15 dargestellt ist, kann die Stanze 400b eine Stauchfläche aufweisen, die eine abgestufte Stanzfläche 416b sein kann. Die abgestufte Stanzfläche 416b kann sich in einer Ebene von der peripheren Fläche 414 erstrecken, die im Allgemeinen senkrecht zur peripheren Fläche 414 verlaufen kann.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann ein Verfahren zum Ausbilden eines Blechpakets für eine elektrische Maschine Anordnen eines Blechs 430 auf der Matrize 404 beinhalten. Wenn es auf der Matrize 404 angeordnet ist, kann sich wenigstens ein Abschnitt des Blechs 430 über den Durchlass 420 erstrecken. Das Blech 430 kann eine erste Zusammensetzung aufweisen, bei der es sich beispielsweise um eine Eisenlegierung handeln kann.
Das Verfahren kann weiterhin ein Stanzen des Blechs 430 beinhalten. Das Stanzen des Blechs 430 kann einen Durchlass oder Hohlraum in dem Blech 430 ausbilden. Bei wenigstens einer Herangehensweise beinhaltet das Stanzen Stanzen durch eine Gesamtdicke des Blechs 430, um einen Durchlass in dem Blech auszubilden. Bei einer wieder anderen Herangehensweise beinhaltet das Stanzen Stanzen durch weniger als die Gesamtdicke des Blechs 430, um eine Vertiefung oder einen Hohlraum in dem Blech 430 auszubilden.
Der Durchlass kann ein Maß (z. B. eine Länge oder einen Durchmesser) aufweisen, das der Geometrie des mittleren Bereichs 410 entspricht. Bei wenigstens einer Herangehensweise kann sich die Stanze (z. B. die Stanze 400) derart in die Matrize 404 erstrecken, dass eine gemeinsame Fläche der peripheren Fläche 414 und der Stauchfläche 416 die Matrize 404 in Eingriff nimmt. Bei einer weiteren Herangehensweise kann sich die Stanze (z. B. die Stanze 402) derart in die Matrize 404 erstrecken, dass eine gemeinsame Fläche der peripheren Fläche 414 und der Stauchfläche 416 die Matrize 404 nicht in Eingriff nimmt. Bei dieser Herangehensweise kann sich weniger als eine Gesamthöhe der peripheren Fläche 414 in den Durchlass 410 der Matrize 404 erstrecken.
Während eines Stanzvorgangs kann die Stanze 400 das Blech 430 in Eingriff nehmen und einen gestauchten Bereich 434 des Blechs 430 ausbilden. Das Stanzen des Blechs 430 kann auf diese Weise einen Durchlass oder Hohlraum 432 in dem Blech 430 und einen gestauchten Bereich 434 an einem Rand des Hohlraums 432 ausbilden. Somit kann der gestauchte Bereich 434 eine Geometrie aufweisen, die durch eine Geometrie der Stauchfläche 416 der Stanze 400 ausgebildet wird (ihr bspw. entspricht). Wie in 13 gezeigt, kann der gestauchte Bereich 434 ein angeschrägter gestauchter Bereich 434a sein, der sich um den Hohlraum 432 erstreckt. Wie in 16 gezeigt, kann der gestauchte Bereich 434 ein abgestufter gestauchter Bereich 434b sein, der sich um den Hohlraum 432 erstreckt. Bei jeder Herangehensweise, wie in den 13 und 16 gezeigt, kann ein Querschnitt des Blechs 430 eine erste Dicke T1 neben dem gestauchten Bereich 434 und eine zweite Dicke T2 an dem gestauchten Bereich 434 aufweisen, die größer als null und geringer als die erste Dicke T1 ist.
Die 12 und 15 bilden die Stanze 400 und Matrize 404 in einer Position ab, die sie während des Stanzvorgangs einnehmen. Der mittlere Bereich 410 (oder führende Abschnitt) dringt über die durch die Matrize 404 definierte Öffnung 412 in die Matrize 404 ein. Der Betrieb der Stanze 400 und Matrize 404 bewirkt, dass Material aus dem Blech 430 (oder dem Blechpaket) entfernt und über die Matrizenöffnung 410 herausgedrückt wird. Wenn der mittlere Bereich 410 über die Matrizenöffnung 410 in die Matrize 404 eindringt, staucht die Stauchfläche 416 der Stanze 400 die Kanten der Öffnungen, die im Blech 430 erzeugt werden, weiter. Die zusätzliche Stauchung bewirkt eine plastische Verformung der Kanten, welche die Öffnung im Blech 430 definieren. Die Stauchfläche 416 der Stanze 400 kann derart ausgelegt sein, dass auf die gesamte Kante der Öffnung gleichmäßig viel Kraft ausgeübt wird. Die Stauchfläche 416 der Stanze 400 kann auch derart ausgelegt sein, dass auf vorgegebene Kanten mehr Kraft ausgeübt wird. Beispielsweise kann eine Steigung der Stauchfläche 416 um die Stanze 400 für die Öffnungen variiert werden. Die Stauchfläche 416 kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass ein größeres Maß an plastischer Verformung auf den Brückenbereich und/oder die äußeren Brückenbereiche ausgeübt wird.
Bezogen auf die 13 und 16 kann das Blech 430 auf einem Bett 440 angeordnet werden. Ein Abscheidungsmaterial 450 kann in dem Hohlraum 432 und auf den gestauchten Bereich 434 abgeschieden werden. Das Abscheidungsmaterial 450 kann eine zweite Zusammensetzung aufweisen, die sich von der ersten Zusammensetzung des Blechs 430 unterscheidet. Bei wenigstens einer Herangehensweise ist das Abscheidungsmaterial 450 ein pulverförmiges Metall. Das Abscheidungsmaterial 450 kann aus einer einzelnen Düse oder aus einer Vielzahl von Düsen 452 abgeschieden werden, die in der Nähe eines Strahls (bspw. eines Lasers) angeordnet sind, wie in 13 gezeigt.
Bei wenigstens einer Herangehensweise, wie beispielsweise bei der additiven Fertigung der DMLS und LD, kann das Abscheidungsmaterial 450 mit einem Strahl 454 abgetastet werden. Der Strahl 454 kann ein optischer Strahl wie beispielsweise ein Laser sein, der aus einer optischen Quelle 456 emittiert wird. Das Abtasten mit einem Strahl 454 entlang des Abscheidungsmaterials 450 kann ein gebundenes Material 470 in dem Hohlraum 432 und auf dem gestauchten Bereich 434 ausbilden.
Bei einer weiteren Herangehensweise, wie beispielsweise bei der additiven Fertigung mittels Kaltgasspritzen, bildet das Abtasten mit einem Strahl unter Umständen keinen Bestandteil des Ausbildungsprozesses. Bei einer solchen Herangehensweise kann das Kaltgasspritzen von Abscheidungsmaterial ein gebundenes Material 470 in dem Hohlraum 432 und auf dem gestauchten Bereich 434 ergeben.
Bei wenigstens einer Herangehensweise kann ein elektrisch isolierender Überzug 472 auf das gebundene Material 470 aufgebracht werden. Bei einer weiteren Herangehensweise kann ein elektrisch isolierender Überzug 472 auf das Blech 430 und auf das gebundene Material 470 aufgebracht werden.
Somit ist bei zumindest einer Herangehensweise ein Blechpaket für eine elektrische Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine kann ein Blech aufweisen, das aus einer Eisenlegierung ausgebildet ist und zumindest teilweise benachbarte Magnettaschen definiert. Das Blech kann einen angeschrägten gestauchten Bereich, der sich zwischen und in einem schiefen Winkel zu einer oberen und unteren Fläche des Blechs erstreckt, aufweisen. Das Blechpaket für eine elektrische Maschine kann ferner eine Zusammensetzung, die sich von der Eisenlegierung, die an dem angeschrägten gestauchten Bereich angeordnet ist, unterscheidet, sich zwischen den benachbarten Magnettaschen erstreckt und eine mittlere Brücke mit einer geringeren magnetischen Permeabilität als das Blech ausbildet, aufweisen.
Ein Querschnitt des Blechs kann neben dem angeschrägten gestauchten Bereich eine erste Dicke und an dem angeschrägten gestauchten Bereich eine zweite Dicke aufweisen, die größer als null und geringer als die erste Dicke ist. Eine obere Fläche der Zusammensetzung kann im Wesentlichen bündig mit der oberen Fläche des Blechs an dem angeschrägten gestauchten Bereich sein. Eine untere Fläche der Zusammensetzung kann im Wesentlichen bündig mit der unteren Fläche des Blechs sein. Der angeschrägte gestauchte Bereich und die Zusammensetzung an dem angeschrägten gestauchten Bereich können eine kombinierte Dicke definieren, die im Allgemeinen einer Dicke des Blechs neben dem angeschrägten gestauchten Bereich entspricht. Der angeschrägte gestauchte Bereich kann eine Vielzahl gegenüberliegender angeschrägter gestauchter Bereiche einschließen. Die Zusammensetzung kann an der Vielzahl gegenüberliegender angeschrägter gestauchter Bereiche angeordnet sein und sich zwischen ihnen erstrecken. Die zwischen der Vielzahl gegenüberliegender angeschrägter gestauchter Bereiche angeordnete Zusammensetzung kann eine Dicke aufweisen, die im Allgemeinen einer Dicke des Blechs neben dem angeschrägten gestauchten Bereich entspricht.
Bei wenigstens einer Herangehensweise ist ein Blechpaket für eine elektrische Maschine vorgesehen. Das Blechpaket für eine elektrische Maschine kann ein Blech aufweisen, das aus einer Eisenlegierung ausgebildet ist und zumindest teilweise benachbarte Magnettaschen definiert. Das Blech kann einen abgestuften Bereich mit reduzierter Dicke aufweisen, der sich zumindest teilweise zwischen den benachbarten Magnettaschen erstreckt. Das Blechpaket für eine elektrische Maschine kann ferner eine Zusammensetzung, die sich von der Eisenlegierung, die an dem abgestuften Bereich mit reduzierter Dicke angeordnet ist, unterscheidet, sich zwischen den benachbarten Magnettaschen erstreckt und eine mittlere Brücke mit einer geringeren magnetischen Permeabilität als das Blech ausbildet, aufweisen.
Der abgestufte Bereich mit reduzierter Dicke kann eine erste gemeinsame Fläche (z. B. die Fläche 480' in 17) aufweisen, die sich in einer Ebene erstreckt, welche im Wesentlichen parallel zu einer oberen und unteren Fläche des Blechs verläuft. Der abgestufte Bereich mit reduzierter Dicke kann eine zweite gemeinsame Fläche (z. B. die Fläche 480" in 17) aufweisen, die sich in einer Ebene von der ersten gemeinsamen Fläche erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu einer oberen und unteren Fläche des Blechs verläuft. Auf diese Weise kann, wie in 17 dargestellt, ein Querschnitt des Blechpakets für eine elektrische Maschine einen T-förmigen Zusammensetzungsbereich definieren, der in dem Blech eingebettet ist. Eine obere Fläche der Zusammensetzung kann im Wesentlichen bündig mit einer oberen Fläche des Blechs an dem abgestuften Bereich mit reduzierter Dicke sein. Eine untere Fläche der Zusammensetzung kann im Wesentlichen bündig mit einer unteren Fläche des Blechs sein. Der abgestufte Bereich mit reduzierter Dicke und die Zusammensetzung an dem abgestuften Bereich mit reduzierter Dicke können eine kombinierte Dicke definieren, die im Allgemeinen einer Dicke des Blechs neben dem abgestuften Bereich mit reduzierter Dicke entspricht. Bei der Zusammensetzung kann es sich um ein nicht ferromagnetisches Material handeln. Das Blech und die Zusammensetzung können ein einteiliges Rotorblechpaket mit mehrfacher Zusammensetzung zumindest teilweise definieren.
Auf diese Weise kann ein einzelnes Blechpaket für eine elektrische Maschine ausgebildet werden. Ein Verfahren kann Ausbilden einer Vielzahl von Blechpaketen für eine elektrische Maschine unter Verwendung eines oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Schritte oder einer Kombination daraus beinhalten. Auf diese Weise kann ein zweites Blechpaket für eine elektrische Maschine durch Stanzen eines zweiten Blechs mit der ersten Zusammensetzung ausgebildet werden, um einen Hohlraum und einen gestauchten Bereich an einem Rand des Hohlraums auszubilden. Das zweite Blechpaket für eine elektrische Maschine kann ferner durch Abscheiden, innerhalb des Hohlraums und auf den gestauchten Bereich, eines Abscheidungsmaterials mit der zweiten Zusammensetzung ausgebildet werden. Das zweite Blechpaket für eine elektrische Maschine kann ferner durch Abtasten mit einem Strahl entlang des Abscheidungsmaterials ausgebildet werden, um ein gebundenes Material in dem Hohlraum und auf dem gestauchten Bereich auszubilden. Das erste und zweite Blechpaket für eine elektrische Maschine können aneinander befestigt werden, um zumindest einen Teil einer elektrischen Maschine auszubilden. Der Prozess kann einmal, zweimal oder dreimal oder öfter wiederholt werden, um eine Komponente für eine elektrische Maschine auszubilden.
Bezogen auf die 14 und 17 kann ein einteiliges Blechpaket 460 für eine elektrische Maschine bereitgestellt werden. Das einteilige Blechpaket für eine elektrische Maschine kann ein Blech 430 beinhalten, das beispielsweise aus einer Eisenlegierung ausgebildet sein kann. Das Blech 430 kann einen Kernbereich 462 und einen gestauchten Bereich 434, der sich vom Kernbereich 462 erstrecken kann, aufweisen. Der gestauchte Bereich 434 kann mithilfe einer oder mehrerer Stanzen, wie beispielsweise der Stanze 400a und/oder 400b, ausgebildet werden. Der gestauchte Bereich 434 kann eine Dicke aufweisen, die geringer als eine Dicke des Kernbereichs 462 ist.
Das einteilige Blechpaket 460 für eine elektrische Maschine kann weiterhin eine abgeschiedene Zusammensetzung 470 aufweisen, die aus einem zweiten Material, das sich von dem des Blechs 430 unterscheidet, ausgebildet sein kann. Die abgeschiedene Zusammensetzung 470 kann an einem oder beiden von dem Hohlraum 432 und dem gestauchten Bereich 434 angeordnet sein. Bei wenigstens einer Herangehensweise können die abgeschiedene Zusammensetzung 470 und der gestauchte Bereich 434 eine kombinierte Dicke definieren, die im Allgemeinen der Dicke des Kernbereichs 462 entspricht.
Somit kann ein in dieser Schrift vorgesehenes einteiliges Blechpaket 460 für eine elektrische Maschine eine integrierte oder eingebettete abgeschiedene Zusammensetzung aufweisen (wenn bspw. entlang eines Querschnitts des Blechpakets betrachtet oder wenn entlang einer Draufsicht des Blechpakets betrachtet). Damit kann das einteilige Blechpaket 460 für eine elektrische Maschine als heterogenes einteiliges Blechpaket für eine elektrische Maschine bezeichnet werden. Die abgeschiedene Zusammensetzung kann andere physikalische Eigenschaften aufweisen als die Blechpaketekerne innerhalb einer zweidimensionalen Ebene. Zu den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften können eines oder mehrere der Folgenden gehören: a) magnetische Permeabilität, b) mechanische Festigkeit, c) Verlust und d) magnetische Flussdichte. Wie erörtert, kann die abgeschiedene Zusammensetzung an einem oder mehreren der Bereiche bereitgestellt werden, die in dieser Schrift an anderer Stelle erläutert werden.
Bei wenigstens einer Herangehensweise können das Blech 430 und die abgeschiedene Zusammensetzung 470 ein einteiliges Rotorblechpaket mit mehrfacher Zusammensetzung zumindest teilweise definieren. Bei einer wieder anderen Herangehensweise können das Blech 430 und die abgeschiedene Zusammensetzung 470 ein einteiliges Statorblechpaket mit mehrfacher Zusammensetzung zumindest teilweise definieren.
In dieser Schrift ist zwar eine Baugruppe aus Stanze und Matrize erläutert, doch ist ausdrücklich vorgesehen, dass ein Formwerkzeug dazu ausgelegt sein kann, eine oder mehrere Einbuchtungen in einem Elektrostahlblech auszubilden. Eine Pressmaschine kann mit einem oberen Formwerkzeug und einem unteren Formwerkzeug ausgelegt sein. Das obere Formwerkzeug kann an einem oberen Presselement befestigt sein. Das untere Formwerkzeug kann an einem unteren Presselement befestigt sein. Das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug können derart ausgelegt sein, dass sie zusammenwirken, damit eine Einbuchtung oder eine Vielzahl von Einbuchtungen in einem Blechpaket, das dazwischen platziert ist, ausgebildet wird. Das obere Presselement und das untere Presselement können derart ausgelegt sein, dass sie sich relativ zueinander bewegen. Das Blechpaket kann in dem Formwerkzeug und dem oberen Presselement und dem unteren Presselement positioniert werden. Auf das obere Presselement und/oder das untere Presselement kann Druck ausgeübt werden. Der Druck zwingt das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug, sich aufeinander zuzubewegen, wodurch in dem Blechpaket eine Einbuchtung entsteht. Die Größe, Form und Tiefe der Einbuchtungen können derart ausgelegt sein, dass die Reduzierung der magnetischen Permeabilität für jede Ausgestaltung der elektrischen Maschine optimiert wird. Anders geformte Vertiefungen sind möglich. Beispielsweise kann das Formwerkzeug einen wellenförmigen Querschnitt aufweisen. Die Einbuchtungen können derart ausgelegt sein, dass sie - je nach gewünschten spezifischen Merkmalen - abgerundete Kanten, quadratische/rechteckige Kanten oder trapezförmige Kanten aufweisen.
Der Pressvorgang kann durchgeführt werden, nachdem das Blechpaket gestanzt wurde. Ferner kann der Pressvorgang in den Stanzvorgang integriert sein. Die Stanze und Matrize können derart ausgelegt sein, dass die Öffnungen des Blechpakets gestanzt und während des gleichen Vorgangs Vertiefungen Einbuchtungen in den vorgegebenen Bereichen ausgebildet werden. Das Formwerkzeug kann derart ausgelegt sein, dass an den vorgegebenen Stellen des Blechpakets Einbuchtungen ausgebildet werden. Beispielsweise kann in dem Brückenbereich und/oder den äußeren Brückenbereichen ein vorgegebenes Muster von Einbuchtungen ausgebildet werden. Das Muster kann derart ausgewählt werden, dass die magnetische Permeabilität des Bereichs auf einen vorgegebenen Wert abgestimmt wird.
Bei einer wieder anderen Herangehensweise kann eine Pressmaschine mit einem ersten Formwerkzeug, das an einem oberen Presselement befestigt ist, und einem zweiten Formwerkzeug, das an einem unteren Presselement befestigt ist, ausgelegt sein. Das Pressen des Blechpakets kann eine plastische Verformung in der Gesamtheit der vorgegebenen Bereiche erzeugen. Ein Blechpaket kann zwischen dem ersten Formwerkzeug und dem zweiten Formwerkzeug eingefügt und gepresst werden. Das so entstehende Blechpaket kann ein gekrümmtes Querschnittsprofil in diesen vorgegebenen Bereichen bilden. Die Form und Krümmung können derart angepasst werden, dass die magnetische Permeabilität in den vorgegebenen Bereichen modifiziert wird.
Wie in dieser Schrift erläutert, ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Blechpakets für eine elektrische Maschine vorgesehen. Das Verfahren kann Stanzen eines ferromagnetischen Blechs beinhalten. Das Stanzen des ferromagnetischen Blechs kann einen Hohlraum ausbilden, der benachbarte Magnettaschen zumindest teilweise definiert. Das Stanzen des ferromagnetischen Blechs kann ferner einen gestauchten Bereich an einem Rand der des Hohlaums ausbilden. Das Verfahren kann ferner Bilden einer mittleren Brücke beinhalten. Die mittlere Brücke kann andere magnetische Eigenschaften als das ferromagnetische Blech aufweisen. Die mittlere Brücke kann sich vom gestauchten Bereich zwischen die benachbarten Magnettaschen erstrecken. Die mittlere Brücke kann durch Abscheiden eines nicht ferromagnetischen Materials in dem Hohlraum und auf den gestauchten Bereich gebildet werden.
Bezogen auf die 18 und 19 kann nun ein Verfahren zum Ausbilden einer Komponente 500 für eine elektrische Maschine Stanzen einer Vielzahl von Blechen 502, um eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 504 auszubilden, beinhalten. Die Bleche 502 können eine erste Zusammensetzung aufweisen. Die Bleche 502 können gestapelt werden, um die Durchtrittsöffnungen 504 zumindest teilweise aneinander auszurichten.
In den Durchtrittsöffnungen 504 kann ein Abscheidungsmaterial 510 abgeschieden werden. Das Abscheidungsmaterial 510 kann eine zweite Zusammensetzung aufweisen, die sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet. Wie vorstehend bezogen auf die 13 und 16 erörtert, kann bei einer optionalen Herangehensweise das Abscheidungsmaterial 510 mit einem Strahl abgetastet werden, um in den Durchtrittsöffnungen 504 ein gebundenes Material auszubilden.
Bei wenigstens einer Herangehensweise schließen die Bleche 502 ein äußeres Blech 502a mit einer äußeren Durchtrittsöffnung 502a und ein inneres Blech 502b mit einer inneren Durchtrittsöffnung 502b ein. Das äußere Blech 502a kann neben der äußeren Durchtrittsöffnung 502a ein Querschnittsprofil aufweisen, das sich von einem Querschnittsprofil neben der inneren Durchtrittsöffnung 502b unterscheidet. Wie vorstehend beschrieben, kann eine Stanze verwendet werden, um das äußere Blech 502a zu stanzen, um die äußere Durchtrittsöffnung 504a und einen gestauchten Bereich 506 an einem Rand der äußeren Durchtrittsöffnung 504a auszubilden. Beispielsweise kann bezogen auf 18 der gestauchte Bereich 506 ein angeschrägter gestauchter Bereich sein, der sich um die äußere Durchtrittsöffnung 504a erstreckt. Bezogen auf 19 kann der gestauchte Bereich 506 ein abgestufter gestauchter Bereich sein, der sich um die äußere Durchtrittsöffnung 504a erstreckt. Bei wenigstens einer Herangehensweise kann das innere Blech 502b an einem Rand der inneren Durchtrittsöffnung im Wesentlichen frei von einem gestauchten Bereich sein.
Somit kann eine elektrische Maschine bereitgestellt werden. Die elektrische Maschine kann einen Blechstapel aufweisen, der äußere Blechpakete (z. B. die Blechpakete 502a) und dazwischen angeordnete innere Blechpakete (z. B. die Blechpakete 502b) beinhalten kann. Die inneren und äußeren Blechpakete können innere Ausschnitte aufweisen, die fluchtend angeordnet sind. Wenigstens ein Teil der inneren Ausschnitte der äußeren Blechpakete kann eine Breite aufweisen, die größer als innere Ausschnitte der inneren Blechpakete ist. Die elektrische Maschine kann ferner eine Kernabscheidung mit einer geringeren magnetischen Permeabilität als der Blechstapel aufweisen, die innerhalb der Ausschnitte der inneren und äußeren Blechpakete angeordnet ist. Wie in 18 dargestellt, können die inneren Ausschnitte der äußeren Blechpakete eine abgestufte gemeinsame Fläche aufweisen, die sich parallel zu äußeren Flächen der äußeren Blechpakete erstreckt und planar von ihnen versetzt ist. Wie in 19 dargestellt, können die inneren Ausschnitte der äußeren Blechpakete eine angeschrägte gemeinsame Fläche aufweisen, die sich zwischen und in einem schiefen Winkel zu äußeren Flächen der äußeren Blechpakete erstreckt.
Die äußeren Blechpakete können einen gestauchten Bereich neben den inneren Ausschnitten der äußeren Blechpakete aufweisen. Die inneren Blechpakete können im Wesentlichen frei von gestauchten Bereichen neben den inneren Ausschnitten der inneren Blechpakete sein. Äußere Flächen der Kernabscheidung können mit jeweiligen äußeren Flächen der äußeren Blechpakete im Wesentlichen bündig sein.
Bei wenigstens einer Herangehensweise können mikroskopische Stanzdefekte an der Schnittkante von Elektrostahl mithilfe eines Verfahrens der mechanischen Glättung entfernt werden. In einem Beispiel wird der Elektrostahl zuerst in die endgültige Form (z. B. ein Rotorblechpaket einer elektrischen Maschine) gestanzt. Anschließend werden die Blechpakete gestapelt, um einen Kern auszubilden (z. B. einen Rotorkern einer elektrischen Maschine). Zum Schluss wird der zusammengebaute Kern dann behandelt, indem ein Strom von Schleifmaterial (d. h. ein Medium) unter Druck gegen eine vordefinierte Schnittfläche des Rotorkerns getrieben wird, um die mikroskopischen Defekte von der rauen Schnittfläche abzuglätten. Aspekte der verbesserten Ermüdungsfestigkeit beinhalten Glätten von Schnittdefekten, um einen Beginn von Ermüdungsrissen zu verhindern, und Induzieren einer Druckspannungsschicht, um Beginn und Ausbreitung von Rissen zu verhindern.
20 bildet einen beispielhaften Prozessablauf für ein Verfahren zum Erhöhen einer Ermüdungsfestigkeit in einer elektrischen Vorrichtung ab. Bei Vorgang 700 werden Kernblechpakete durch Stanzen eines Blechs aus Elektrostahl ausgebildet, was eine oder mehrere Schnittkanten ergibt. Bei Vorgang 702 können die Blechpakete derart zu einem Kern zusammengesetzt werden, dass eine äußere Umfangsfläche des Kerns durch die Schnittkanten definiert wird. Bei Vorgang 704 können die vorgegebenen Flächen durch Techniken gestrahlt werden, die vorstehend beschrieben wurden. Beispielsweise können die vorgegebenen Flächen die oberen Brückenflächen des Rotors beinhalten, konkret einen Bogen entlang der äußeren Fläche des Rotors und der inneren Fläche innerhalb der in dem Kern ausgebildeten Öffnungen (z. B. der Magnetöffnungen). Zudem können die vorgegebenen Flächen die mittleren Brückenflächen innerhalb der im Kern ausgebildeten Öffnungen (z. B. der Magnetöffnungen) beinhalten.
21 bildet einen beispielhaften Prozessablauf für ein Verfahren zum Erhöhen einer Ermüdungsfestigkeit in einer elektrischen Vorrichtung ab. Bei Vorgang 800 werden Kernblechpakete durch Stanzen eines Blechs aus Elektrostahl ausgebildet, was eine oder mehrere Schnittkanten ergibt. Bei Vorgang 802 können die Blechpakete derart zu einem Kern zusammengesetzt werden, dass eine äußere Umfangsfläche des Kerns durch die Schnittkanten definiert wird. Bei Vorgang 804 werden die zusammengesetzten Blechpakete maskiert, wodurch die vorgegebenen Flächen freigelegt bleiben. Beispielsweise können die vorgegebenen Flächen die oberen Brückenflächen des Rotors beinhalten, konkret einen Bogen entlang der äußeren Fläche des Rotors und der inneren Fläche innerhalb der in dem Kern ausgebildeten Öffnungen (z. B. der Magnetöffnungen). Zudem können die vorgegebenen Flächen die mittleren Brückenflächen innerhalb der im Kern ausgebildeten Öffnungen (z. B. der Magnetöffnungen) beinhalten. Das Maskieren kann Aufbringen eines Polymers, Abdeckbands oder einer anderen dünnen Folie oder eines Metallblechs zum Schützen von Bereichen beinhalten, die abgedeckt sind, wohingegen andere Bereiche freigelegt und dem Strahlen ausgesetzt bleiben. Alternativ kann eine Düse in der Lage sein, selektiv auf bestimmte Bereiche (z. B. die oberen Brückenflächen und mittleren Brückenflächen) gerichtet zu werden. Durch Begrenzen des Strahlens auf diese Bereiche kann die Zeit verkürzt werden, die zum Verarbeiten der Blechpakete nötig ist, womit Kosten reduziert werden. Bei Vorgang 806 können die vorgegebenen Flächen mithilfe der Techniken gestrahlt werden, die vorstehend beschrieben wurden. Beispielsweise können die vorgegebenen Flächen die oberen Brückenflächen des Rotors beinhalten, konkret den Bogen entlang der äußeren Fläche des Rotors und der inneren Fläche innerhalb der im Kern ausgebildeten Öffnungen (z. B. der Magnetöffnungen). Zudem können die vorgegebenen Flächen die mittleren Brückenflächen innerhalb der im Kern ausgebildeten Öffnungen (z. B. der Magnetöffnungen) beinhalten. Zum Schluss kann bei Vorgang 808 das Maskierungsmaterial von der Fläche über ein mechanisches Entfernen des Bands (z. B. Abziehen des Bands) oder ein Bad (Plasma- oder Nassbad) entfernt werden, um das Polymer zu entfernen. Wenn das Maskieren jedoch über ein mechanisches Leiten des Strahlstroms zu den bestimmten Bereichen vorgenommen wurde, ist dieser Vorgang nicht nötig.
Die Beschreibung gilt zwar für elektrische Maschinen in einer Fahrzeuganwendung, doch sind die beschriebenen Verfahren auf elektrische Vorrichtungen, die in einem beliebigen Anwendungsgebiet verwendet werden, anwendbar. Die Verfahren sind zudem auf andere Rotationsanwendungen von Elektrostahl anwendbar.
Die Verfahren zum lokalen Abstimmen physikalischer Eigenschaften von Blechpaketkernen mithilfe metallbasierter Techniken zur additiven Fertigung sind nicht auf die in dieser Schrift erörterten DMLS- und LD-Prozesse beschränkt. Andere metallbasierte Techniken zur additiven Fertigung, wie beispielsweise direktes Metall-Laserschmelzen, selektives Laserschmelzen, additive Fertigung mittels Elektronenstrahlen und Endformung auf Laserbasis, können ebenfalls verwendet werden. Es ist vorgesehen, dass für das vorgeschlagene Verfahren zum lokalen Abstimmen physikalischer Eigenschaften von Blechpaketkernen ein jedes geeignetes Verfahren verwendet werden kann, das eine Pulverbettfusion und eine Abscheidung mit gerichteter Energie im Zusammenhang mit Techniken der additiven Fertigung beinhaltet.
Die vorgeschlagenen Verfahren können auch bei der additiven Fertigung mittels Kaltgasspritzen verwendet werden, bei der feines Pulver durch einen Druckgasstrahl mit hoher Geschwindigkeit beschleunigt wird. Dieses Pulver trifft dann mit ausreichend kinetischer Energie auf ein Substrat auf, um eine dichte Materialschicht auszubilden. Durch Ändern der Pulverzusammensetzung können die lokalen physikalischen Eigenschaften während des Blechpaketabscheidungsprozesses abgestimmt werden. Da es sich bei der additiven Fertigung mittels Kaltgasspritzen um einen Prozess zur additiven Fertigung mit relativ niedriger Temperatur handelt, steht möglicherweise eine zusätzliche Flexibilität beim Auswählen eines Isolierüberzugsmaterials, das zwischen Blechpaketschichten verwendet wird, zur Verfügung. Um in dem Prozess zur additiven Fertigung mittels Kaltgasspritzen eine gut haftende und dichte Abscheidung auszubilden, können die Materialien beim Auftreffen plastisch verformt werden, wodurch in dem gerade abgeschiedenen Material Eigenspannung und Defekte erzeugt werden. Blechpaketkerne, die mithilfe additiver Fertigung mittels Kaltgasspritzen hergestellt werden, können wärmebehandelt werden, um die Eigenspannung zu lösen und die physikalischen Eigenschaften zu verbessern.
Außerdem können die in dieser Schrift erläuterten verschiedenen Herangehensweisen zum lokalen Abstimmen von Eigenschaften einer Komponente für eine elektrische Maschine kombiniert, modifiziert und kombiniert oder anderweitig in Verbindung miteinander verwendet werden. Somit ist ausdrücklich vorgesehen, dass die in dieser Schrift beschriebenen verschiedenen Herangehensweisen sowohl zum Stanzen als auch zur additiven Fertigung in Verbindung miteinander verwendet werden können.
Vorstehend sind zwar Ausführungsbeispiele beschrieben, doch ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche eingeschlossen sind. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder einzeln dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. gehören. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets, mithilfe eines Lasers, Herstellen eines ersten Bereichs einer Rotorblechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall, das eine erste Zusammensetzung aufweist, und Herstellen eines zweiten Bereichs der Rotorblechpaketschicht, der mit dem ersten Bereich in Berührung steht, mit einem zweiten pulverförmigen Metall, das eine zweite Zusammensetzung aufweist, welche sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet, wobei der erste und der zweite Bereich in einer gemeinsamen Blechpaketebene hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Ausbilden einer Vielzahl von Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands der Rotorblechpaketschicht, wobei der erste Bereich die Magnettaschen zumindest teilweise definiert.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der zweite Bereich eine mittlere Brücke, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform bildet die mittlere Brücke eine Wand von wenigstens einer der Magnettaschen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der zweite Bereich eine periphere Brücke, die sich zwischen wenigstens einer der Magnettaschen und einem Außenrand des Rotorblechpakets erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform bildet eine erste Seite der peripheren Brücke eine Wand von wenigstens einer der Magnettaschen, und wobei eine zweite Seite der peripheren Brücke gegenüber der ersten Seite eine am weitesten außen liegende umlaufende Wand des Rotorblechpakets bildet.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste pulverförmige Metall eine höhere magnetische Permeabilität als das zweite pulverförmige Metall auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste pulverförmige Metall einen höheren Eisenverlust als das zweite pulverförmige Metall auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zweite pulverförmige Metall eine höhere Flussdichte als das erste pulverförmige Metall auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste pulverförmige Metall eine Eisen-Silicium-Legierung mit ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 4,5 Gew.-% Silicium, und wobei das zweite pulverförmige Metall ein nicht ferromagnetisches Material ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch, während des Herstellens des ersten Bereichs, Ausbilden einer Tasche, die kein pulverförmiges Metall aufweist, wobei die Tasche radial zwischen wenigstens einem Abschnitt einer Magnettasche und einer radial nach innen gerichteten Fläche der Blechpaketschicht angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch, vor dem Herstellen des ersten Bereichs, Bereitstellen einer Edelgasatmosphäre in der Nähe des Laserstrahls und eines Pulverbetts und, vor dem Herstellen des zweiten Bereichs, Bereitstellen einer Reaktionsgasatmosphäre in der Nähe des Laserstrahls und des Pulverbetts.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor bereitgestellt, der ein Rotorkernblechpaket aufweist, das eine erste Metalllegierung, die benachbarte Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands des Rotorkernblechpakets zumindest teilweise definiert, und eine zweite Metalllegierung, die sich von der ersten Metalllegierung unterscheidet und die wenigstens einen Abschnitt einer Brücke bildet, die sich zwischen den Magnettaschen und in den Magnettaschen auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Metalllegierung angeordneten Dauermagneten erstreckt, beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Metalllegierung eine höhere magnetische Permeabilität als die zweite Metalllegierung auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite Metalllegierung eine kleinere Korngröße als die erste Metalllegierung auf.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die zweite Metalllegierung periphere Brücken, die sich zwischen den Magnettaschen und dem Außenrand des Rotorkernblechpakets erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die zweite Metalllegierung um einen kompletten Außenumfang des Rotorkernblechpakets.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die erste Metalllegierung eine Lufttasche, die radial zwischen einem nach innen gerichteten Bereich des Rotorkernblechpakets und den Magnettaschen angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die einen Stapel aus verzahnten Rotorkernblechpaketen aufweist, wobei einzelne Rotorkernblechpakete der verzahnten Rotorkernblechpakete einen sich darin erstreckenden Schlitz und einen sich davon erstreckenden einstückig ausgebildeten Zapfen beinhalten. wobei die Zapfen gemeinsame Flächen mit den Schlitzen bilden, um benachbarte Rotorkernblechpakete miteinander zu verzahnen.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein erstes einzelnes Rotorkernblechpaket einen ersten Schlitz mit einer Tiefe auf, die sich in das erste einzelne Rotorkernblechpaket erstreckt, und weist ein zweites einzelnes Rotorkernblechpaket einen ersten einstückig ausgebildeten Zapfen auf, der eine sich davon erstreckende Höhe aufweist, wobei die Höhe des ersten einstückig ausgebildeten Zapfens der Tiefe des ersten Schlitzes entspricht.

Claims

Verfahren zum Ausbilden eines Rotorblechpakets, umfassend: mithilfe eines Lasers, Herstellen eines ersten Bereichs einer Rotorblechpaketschicht mit einem ersten pulverförmigen Metall, das eine erste Zusammensetzung aufweist; und Herstellen eines zweiten Bereichs der Rotorblechpaketschicht, der mit dem ersten Bereich in Berührung steht, mit einem zweiten pulverförmigen Metall, das eine zweite Zusammensetzung aufweist, welche sich von der ersten Zusammensetzung unterscheidet, wobei der erste und der zweite Bereich in einer gemeinsamen Blechpaketebene hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Ausbilden einer Vielzahl von Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands der Rotorblechpaketschicht, wobei der erste Bereich die Magnettaschen zumindest teilweise definiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite Bereich eine mittlere Brücke beinhaltet, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt, und wobei die mittlere Brücke eine Wand von wenigstens einer der Magnettaschen bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite Bereich eine periphere Brücke beinhaltet, die sich zwischen wenigstens einer der Magnettaschen und einem Außenrand des Rotorblechpakets erstreckt, und wobei eine erste Seite der peripheren Brücke eine Wand von wenigstens einer der Magnettaschen bildet, und wobei eine zweite Seite der peripheren Brücke gegenüber der ersten Seite eine am weitesten außen liegende umlaufende Wand des Rotorblechpakets bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste pulverförmige Metall eine höhere magnetische Permeabilität als das zweite pulverförmige Metall aufweist und wobei das erste pulverförmige Metall einen höheren Eisenverlust als das zweite pulverförmige Metall aufweist und wobei das zweite pulverförmige Metall eine höhere Flussdichte als das erste pulverförmige Metall aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste pulverförmige Metall eine Eisen-Silicium-Legierung mit ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 4,5 Gew.-% Silicium ist und wobei das zweite pulverförmige Metall ein nicht ferromagnetisches Material ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: während des Herstellens des ersten Bereichs, Ausbilden einer Tasche, die kein pulverförmiges Metall aufweist, wobei die Tasche radial zwischen wenigstens einem Abschnitt einer Magnettasche und einer radial nach innen gerichteten Fläche der Blechpaketschicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: vor dem Herstellen des ersten Bereichs Bereitstellen einer Edelgasatmosphäre in der Nähe des Laserstrahls und eines Pulverbetts; und vor dem Herstellen des zweiten Bereichs Bereitstellen einer Reaktionsgasatmosphäre in der Nähe des Laserstrahls und des Pulverbetts.
Rotor, umfassend: ein Rotorkernblechpaket, das Folgendes beinhaltet eine erste Metalllegierung, die benachbarte Magnettaschen in der Nähe eines Außenrands des Rotorkernblechpakets zumindest teilweise definiert, und eine sich von der ersten Metalllegierung unterscheidende zweite Metalllegierung, die wenigstens einen Abschnitt einer Brücke bildet, die sich zwischen den Magnettaschen erstreckt; und Dauermagnete, die auf entgegengesetzten Seiten der zweiten Metalllegierung in den Magnettaschen angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 9, wobei die erste Metalllegierung eine höhere magnetische Permeabilität als die zweite Metalllegierung aufweist und wobei die zweite Metalllegierung eine kleinere Korngröße als die erste Metalllegierung aufweist.
Rotor nach Anspruch 9, wobei die zweite Metalllegierung periphere Brücken definiert, die sich zwischen den Magnettaschen und dem Außenrand des Rotorkernblechpakets erstrecken.
Rotor nach Anspruch 9, wobei sich die zweite Metalllegierung um einen kompletten Außenumfang des Rotorkernblechpakets erstreckt.
Rotor nach Anspruch 9, wobei die erste Metalllegierung eine Lufttasche definiert, die radial zwischen einem nach innen gerichteten Bereich des Rotorkernblechpakets und den Magnettaschen angeordnet ist.
Elektrische Maschine, umfassend: einen Stapel aus verzahnten Rotorkernblechpaketen, wobei einzelne Rotorkernblechpakete der verzahnten Rotorkernblechpakete einen sich darin erstreckenden Schlitz und einen sich davon erstreckenden einstückig ausgebildeten Zapfen beinhalten. wobei die Zapfen gemeinsame Flächen mit den Schlitzen bilden, um benachbarte Rotorkernblechpakete miteinander zu verzahnen.
Rotorkern nach Anspruch 14, wobei ein erstes einzelnes Rotorkernblechpaket einen ersten Schlitz mit einer Tiefe aufweist, die sich in das erste einzelne Rotorkernblechpaket erstreckt, und ein zweites einzelnes Rotorkernblechpaket einen ersten einstückig ausgebildeten Zapfen aufweist, der eine sich davon erstreckende Höhe aufweist, wobei die Höhe des ersten einstückig ausgebildeten Zapfens der Tiefe des ersten Schlitzes entspricht.