DE102019124096B4

DE102019124096B4 - Magnetanordnung, Dauermagnet, elektromechanischer Wandler sowie Verfahren zum Herstellen dieser und/oder Verwendungen davon

Info

Publication number: DE102019124096B4
Application number: DE102019124096.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Eckart; Philipp Harnisch; Uwe Schuffenhauer; Thomas Schuhmann; Uwe Hofmann
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Dresden
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: DE102019124096A1

Abstract

Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, der Stator bzw. Rotor aufweisend eine Magnetanordnung (100), die Magnetanordnung (100) aufweisend:einen Grundkörper (102), wobei der Grundkörper (102) mehrere Durchgangslöcher (104) aufweist; undmehrere stabförmige Dauermagneten (114), welche in den mehreren Durchgangslöchern (104) angeordnet sind, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) derart mittels Umformens des stabförmigen Dauermagneten (114) tordiert ist, dass eine Schrägstellung des Dauermagneten relativ zur Rotationsachse bzw. Rotorachse realisiert ist.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Magnetanordnung, einen Dauermagneten, einen elektromechanischen Wandler sowie Verfahren zum Herstellen dieser, z.B. Verfahren zum Herstellen eines tordierten prismatischen Dauermagneten, Verfahren zum Herstellen eines Dauermagneten mit der Form eines Hohlprofils und/oder Verfahren zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, und/oder Verwendungen davon, z.B. das Verwenden mindestens eines tordierten stabförmigen Dauermagneten und/oder eines rohrförmigen Dauermagneten in einem Stator oder Rotor eines elektromechanischen Wandlers.
Im Allgemeinen existieren in der Elektrotechnik verschiedene Konzepte zum Herstellen von elektromechanischen Wandlern (auch als elektrische Maschine bezeichnet) wie beispielsweise Elektromotoren, Elektrogeneratoren, etc. Beispielsweise können rotierende elektrische Synchronmaschinen mit permanentmagnetisch erregtem Rotor (PSM) für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Drehmomentdichte, Dynamik und/oder Effizienz eingesetzt werden. Mit dem Ziel hoher Drehmomentdichten können beispielsweise Magneten (z.B. Dauermagneten aufweisend ein oder mehrere Seltenerdlegierungen) verwendet werden. Seltenerdlegierungen für Dauermagneten können beispielsweise sein: NdFeB, SmCo, etc. Zum Schutz der Rotormagneten vor einer Entmagnetisierung, zum Nutzen des Reluktanzdrehmoments und/oder zum Verbessern der Feldschwächbarkeit bei hohen Drehzahlen können die Magneten eines permanentmagnetisch erregten Rotors als so genannte vergrabene Magneten ausgestaltet sein. In diesem Fall können die Magneten beispielsweise in das Rotorblechpaket eingebettet sein oder werden vollständig oder zumindest abschnittsweise von diesem umgeben, was auch als „Internal Permanent Magnet Motor“ (IPM) bezeichnet wird.
Das durch die Rotormagneten hervorgerufene Luftspaltfeld kann beispielsweise in Zusammenwirkung mit einem schwankenden magnetischen Leitwert des Stators aufgrund der Statornutung sowie in Zusammenwirkung mit den durch die diskrete Wicklungsverteilung des Stators hervorgerufenen Durchflutungsoberwellen störende Oberwelleneffekte verursachen. Diese Oberwelleneffekte können sich beispielsweise in Form von Rast- bzw. Pendelmomenten, Geräuschen, Oberschwingungen in der induzierten Spannung und/oder zusätzlichen Verlusten negativ auf das Betriebsverhalten einer rotierenden elektrischen Synchronmaschine auswirken. Weiterhin kann beispielsweise insbesondere der radial außen und damit näher am Luftspalt liegende Teil der Permanentmagneten der Gefahr einer irreversiblen Entmagnetisierung durch äußere Gegenfelder ausgesetzt sein, wie sie beispielsweise im Kurzschlussfall auftreten können.
Aus DE 10 2017 214309 A1 ist das Einspritzen von Magnetmaterial in IPM Rotoren bei Schrägung des Blechpaketes bekannt. Tordiert geformte Magnetanordnungen sind zudem aus DE 10 2008 020778 A1 , CN 000101295889 A und CN 000101102057 A bekannt. DE 11 2017 003124 T5 zeigt, dass Magnete an einem Rotor verdreht angeordnet sind. Aus US 6,384,503 B1 und CN202395554 U sind Magnete in einem Rotor bekannt. WO 002018122283 A1 zeigt im Bereich der Sensorik die Verwendung von verdrehten Magneten.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Magnetanordnung als Teil eines Stators und/oder Rotors einer elektrischen Maschine (z.B. ausgestaltet als ein Rotor einer elektrischen Synchronmaschine), welche derart eingerichtet ist, dass herkömmlicherweise auftretende störende Oberwelleneffekte (z.B. Rast-/Pendelmomente, Geräusche, Zusatzverluste, etc.) reduziert werden. Dazu werden beispielsweise Dauermagneten verwendet, welche in Form eines tordierten Stabes ausgestaltet sein können. Somit kann beispielsweise anschaulich eine Schrägstellung des Dauermagneten relativ zur Rotorachse realisiert werden ohne die Dauermagneten segmentieren zu müssen.
Ferner kann auch ein Stator einer derartigen elektrischen Synchronmaschine mit gegenüber der Rotationsachse um einen gewissen Winkel verdrehten Nuten ausgeführt sein.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Magnetanordnung, welche beispielsweise Teil eines Stators und/oder eines Rotors sein kann oder welcher als Stator oder Rotor ausgestaltet sein kann, zur Verwendung in einem elektromechanischen Wandler, z.B. zur Verwendung in einem elektrischen Motor und/oder einem elektrischen Generator.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetanordnung als Teil eines Stators und/oder Rotors einer elektrischen Maschine Folgendes aufweisen: einen Grundkörper, wobei der Grundkörper eine oder mehrere Aussparungen aufweist; und ein oder mehrere stabförmige Dauermagnete, welche in den ein oder mehreren Aussparungen angeordnet sind, wobei jeder der ein oder mehreren stabförmigen Dauermagneten derart mittels Umformens des stabförmigen Dauermagneten, beispielsweise einem Kaltumformprozess wie Durchziehen oder Verdrehen, tordiert ist, dass eine Schrägstellung des Dauermagneten relativ zur Rotationsachse bzw. Rotorachse realisiert ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein stabförmiger Dauermagnet in einem Stator oder Rotor eines elektromechanischen Wandlers zum Erzeugen und/oder Beeinflussen eines magnetischen Erregerfeldes verwendet werden, wobei der stabförmige Dauermagnet tordiert ist. Der jeweilige stabförmige Dauermagnet kann beispielsweise um seine Stabachse tordiert sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein stabförmiger Dauermagnet in einem Stator oder Rotor eines elektromechanischen Wandlers zum Erzeugen und/oder Beeinflussen eines magnetischen Erregerfeldes verwendet werden, wobei der mindestens eine stabförmige Dauermagnet ein Loch aufweist, welches sich in den stabförmigen Dauermagneten hinein oder durch den stabförmigen Dauermagneten hindurch erstreckt. Das Loch kann sich beispielsweise entlang der Stabachse durch den stabförmigen Dauermagneten hindurch erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektromechanischer Wandler Folgendes aufweisen: mindestens einen stabförmigen Dauermagnet, wobei der mindestens eine stabförmige Dauermagnet mindestens ein Durchgangsloch aufweist, welches sich entlang der Stabachse durch den stabförmigen Dauermagneten hinein erstreckt; eine Kühlmittelzuführung, welche derart eingerichtet ist, dass ein Kühlmedium durch das mindestens eine Durchgangsloch des mindestens einen stabförmigen Dauermagneten hindurch strömen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten als Teil eines Stators und/oder Rotors einer elektrischen Maschine Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines stabförmigen Bauelements, wobei das stabförmige Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des stabförmigen Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements, Verdrehen des stabförmigen Bauelements um dessen Stabachse und damit Bilden eines tordierten stabförmigen Bauelements; und, nach dem Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines tordierten stabförmigen Dauermagneten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten als Teil eines Stators und/oder Rotors einer elektrischen Maschine Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements, Verdrehen des stabförmigen Bauelements und damit Bilden eines tordierten stabförmigen Bauelements; und, nach dem Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines tordierten stabförmigen Dauermagneten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Dauermagneten als Teil eines Stators und/oder Rotors einer elektrischen Maschine Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des Bauelements, Umformen des Bauelements und damit Bilden eines rohrförmigen Bauelements, wobei das rohrförmige Bauelement mindestens ein beispielsweise axiales Durchgangsloch aufweist; und, nach dem Bilden des rohrförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines rohrförmigen Dauermagneten mit mindestens einem beispielsweise axialen Durchgangsloch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer elektrischen Maschine Folgendes aufweisen: Herstellen mindestens eines tordierten stabförmigen Dauermagneten, wobei der stabförmige Dauermagnet mittels Verdrehens derart tordiert wird, dass eine Schrägstellung des Dauermagneten relativ zur Rotationsachse bzw. Rotorachse realisierbar ist; Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und Einbringen des mindestens einen tordierten stabförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer elektrischen Maschine Folgendes aufweisen: Herstellen mindestens eines rohrförmigen Dauermagneten, wobei der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet mindestens ein axiales Durchgangsloch aufweist; Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und Einbringen des mindestens einen rohrförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Magnetanordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 einen tordierten Dauermagneten in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine Magnetanordnung mit mehreren tordierten Dauermagneten in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 ein Verfahren zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 einen Dauermagneten in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 einen Dauermagneten in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8 ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Dauermagneten in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
9 ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die hierin verwendete Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff „verbunden“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Eine Magnetanordnung (wie beispielsweise ein Rotor einer elektrischen Maschine) kann einen Grundkörper (auch als Magnetkörper bezeichnet) aufweisen. Der Grundkörper kann beispielsweise aus Blechlamellen zusammengesetzt sein oder werden zur Führung des magnetischen Flusses. Ferner kann die Magnetanordnung eine Anordnung von Dauermagneten aufweisen zum Bereitstellen eines magnetischen Feldes (z.B. eines so genannten Erregerfeldes eines Rotors einer elektrischen Maschine). Das Herstellen der Dauermagneten in einer gewünschten Form und auch das Einbringen der Dauermagneten in das Blechpaket können beispielsweise herkömmlicherweise mit kostenintensivsten Arbeitsschritten verbunden sein.
Zum Reduzieren störender Oberwelleneffekte bei einer rotierenden elektrischen Maschine kann beispielsweise der Stator entsprechend ausgestaltet sein, z.B. gegenüber der Rotationsachse um einen vordefinierten Winkel verdrehte Nuten aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Magnetanordnung bereitgestellt, welche derart ausgestaltet ist, dass störende Oberwelleneffekte, wie beispielsweise Rast-/Pendelmomente, Geräusche, Zusatzverluste, etc., bei dem Einsatz als Rotor in einer elektrischen Maschine reduziert sind. Dazu können beispielsweise tordierte Dauermagneten verwendet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein jeweiliger Dauermagnet derart ausgestaltet sein, dass seine radiale Dicke entlang des Umfangs variiert. Anschaulich kann ein näher am Luftspalt liegender Abschnitt des jeweiligen Dauermagneten eine größere Dicke aufweisen als ein weiter vom Luftspalt entfernter Abschnitt des jeweiligen Dauermagneten. Somit ist beispielsweise eine größere Gegendurchflutung für eine Entmagnetisierung notwendig, so dass beispielsweise die Gefahr einer Entmagnetisierung durch äußere Gegenfelder reduziert sein kann.
Herkömmlicherweise werden in einigen Anwendungen gerade Magneten verwendet, relativ zueinander entsprechend in einer vordefinierten Art und Weise angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Rotor aus mehreren, zueinander um einen gewissen Winkel versetzten axialen Segmenten aufgebaut sein. Für eine Magnetanordnung mit vergrabenen Magneten wird herkömmlicherweise auf eine derartige Staffelung von Dauermagneten zurückgegriffen. Alternativ dazu kann eine gewünschte gekrümmte Form von Rotormagneten mittels kunststoffgebundener Magneten erreicht werden, die im Spritzgussverfahren hergestellt sind.
Die Ausführung eines geschrägten Stators kann beispielsweise dazu verwendet werden, um störende Oberwelleneffekte zu reduzieren, wobei derartige Ausführungen bezüglich des Fertigungsaufwands und der Fertigungskosten als nachteilig angesehen werden. Die weitaus häufiger eingesetzte Staffelung des Rotors kann nicht dazu verwendet werden, einen kontinuierlich tordierten Dauermagneten bereitzustellen, und kann daher störende Oberwelleneffekte nur zu einem gewissen Grad reduzieren, jedoch nicht im gleichen Maße wie eine adäquate Torsion. Durch die Wahl einer sehr feinen axialen Unterteilung der geraden Dauermagneten könnte sich zwar eine kontinuierliche Torsion näherungsweise nachbilden lassen. Dies hat jedoch beispielsweise hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und entsprechende Kosten zur Folge. Dauermagneten können zwar beispielsweise mittels Pressens, Sinterns und Schleifens des Magnetmaterials in eine gewünschte Form gebracht werden, jedoch sind derart hergestellte Magneten vergleichsweise aufwändig zu fertigen und damit vergleichsweise teuer.
Mittels Spritzgussverfahrens können beispielsweise kunststoffgebundene Magnetmaterialien (z.B. Ferrite oder NdFeB) in eine gewünschte Form gebracht werden. Nachteilig kann dabei allerdings sein, dass die kunststoffgebundenen Permanentmagnetika im Gegensatz zu gesinterten Seltenerdmagneten eine deutlich geringere Energiedichte bzw. Remanenzinduktion aufweisen.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen beispielsweise eine Ausführung von permanentmagnetisch erregten Rotoren für Synchronmaschinen mit vergrabenen, kontinuierlich tordierten Seltenerdmagneten hoher Energiedichte aus beispielsweise NdFeB.
Die Magneten können beispielsweise auch mit komplexer Querschnittsgeometrie hergestellt werden, beispielsweise mit unterschiedlicher radialer Dicke entlang des Umfangs zur Erhöhung der Entmagnetisierungsfestigkeit, oder beispielsweise mit einer oder mehreren Aussparungen. Die Fertigung kontinuierlich tordierter Seltenerd-Permanentmagneten aus beispielsweise NdFeB lässt sich beispielsweise mittels eines geeigneten Duktilisierungsprozesses realisieren, z.B. mittels eines Wasserstoff-Duktilisierungsprozesses. Dabei kann beispielsweise das nicht magnetisierte Magnetmaterial mittels schmelz- oder pulvermetallurgischer Verfahren zunächst in eine Rohform gebracht und anschließend unter Wasserstoffatmosphäre in einen duktilen Zustand überführt werden. In diesem duktilen Zustand kann die finale Formgebung erfolgen, z.B. mittels mindestens eines kaltumformenden Verfahrens, wie beispielsweise Walzen, Ziehen, Pressen und/oder Verdrehen. Hierdurch lassen sich beispielsweise tordierte Magnetgeometrien erzeugen, optional auch stabförmige Geometrien mit beispielsweise nicht rechteckigem Querschnitt (z.B. mit halbrundem Querschnitt, mit trapezförmigen Querschnitt, oder allgemein mit einem Querschnitt in an mindestens zwei Bereichen eine unterschiedliche Dicke bzw. Höhe aufweist). Anschließend kann die Duktilität des Materials mittels eines Umkehrprozesses wieder reduziert werden und das Magnetmaterial kann somit wieder in einen magnetisierbaren Zustand überführt werden. In diesem Zustand kann der Permanentmagnet wie entweder außerhalb der elektrischen Maschine aufmagnetisiert werden und anschließend in den Rotor eingebracht werden oder aber nach der Montage innerhalb des Rotors aufmagnetisiert werden.
Die ursprünglichen Materialeigenschaften der Permanentmagneten (z.B. deren Temperaturbeständigkeit, Entmagnetisierungsfestigkeit, maximales Energieprodukt, Alterungsbeständigkeit, etc.) können zumindest im Wesentlichen erhalten bleiben, d.h. nach dem Duktilisierungsprozess und dem anschließenden Umkehrprozess wieder so sein wie vor dem Duktilisierungsprozess.
Mittels der Duktilisierung sind beispielsweise zahlreiche Möglichkeiten der kaltumformenden Formgebung zugänglich, z.B. für NdFeB-Seltenerdmagnete. Durch die Anwendung dieses Verfahrens auf Rotormagneten von Synchronmaschinen lassen sich komplexe Rotorgeometrien mit vollständig eingebetteten, kontinuierlich tordierten Permanentmagneten aus NdFeB-Material herstellen. Somit kann auf eine segmentweise Staffelung oder auf kunststoffgebundene Magnetmaterialen verzichtet werden.
Mittels der beispielsweise kontinuierlichen Tordierung von vollständig eingebetteten Magneten in einem Rotorblechpaket von permanentmagnetisch erregten Synchronmaschinen lassen sich negative Oberwelleneffekte (u.a. Rastmomente, Pendelmomente, Geräusche, Spannungsoberschwingungen) deutlich besser unterdrücken als mit einer „approximierten Variante“ basierend auf segmentweise gestaffelten Magneten. Gleichzeitig bleiben die Vorteile von vergrabenen Magneten (z.B. das Reluktanzmoment, der Schutz gegen Entmagnetisierung, etc.) erhalten. Ferner kann beispielsweise NdFeB zum Einsatz kommen mit einer hohen Energiedichte so dass sich Vorteile gegenüber spritzgegossenen, kunststoffgebundenen Magneten ergeben, wie beispielsweise ein höheres Drehmoment und eine höhere Leistungsdichte.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können beispielsweise einzelne (gestanzte oder gelaserte) Elektrobleche in einem definierten Winkelversatz zueinander paketiert werden und anschließend können die mittels Kaltumformung vorgeformten Permanentmagneten in die entsprechend gebildeten Aussparungen innerhalb des Blechpaketes eingeschoben werden. Somit lässt sich eine effiziente Fertigung realisieren. Weiterhin ist die präzise Formgebung der Magneten durch kaltumformende Verfahren deutlich effizienter als der klassische Prozess des Pressens, Sinterns und Schleifens. Schlussendlich lassen sich durch den Einsatz verschiedener Matrizen beim Ziehen (auch als Durchziehen bezeichnet) nahezu beliebige Querschnitte der Magneten fertigen; so kann beispielsweise die Entmagnetisierungsfestigkeit der Magneten durch eine größere Dicke der außenliegenden Abschnitte der Magneten gesteigert werden.
1 veranschaulicht eine Magnetanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetanordnung 100 einen Grundkörper 102 aufweisen. Der Grundkörper 102 weist beispielsweise mehrere Aussparungen 104 auf. In 1 ist der Grundkörper 102 zur Veranschaulichung mit zwei Aussparungen 104-1, 104-2 dargestellt. Es versteht sich, dass, sofern technisch sinnvoll, auch nur eine Aussparung 104 in dem Grundkörper 102 gebildet sein kann oder auch mehr als zwei Aussparungen 104 in dem Grundkörper 102 gebildet sein können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Grundkörper 102 eine Axialrichtung 105 definieren, auch als Grundkörper-Axialrichtung bezeichnet. Diese liegt in 1 senkrecht zur Querschnittsebene (d.h. senkrecht zu den Richtungen 101, 103). Der Grundkörper 102 kann beispielsweise eine zylindrische Form aufweisen. Der Grundkörper 102 ist zwar in 1 in einer Ausgestaltung als Hohlzylinder veranschaulicht, es versteht sich, dass dieser auch als Vollzylinder ausgebildet sein kann. Alternativ dazu kann der Grundkörper 102 die Form eines Voll- oder Hohlprofils mit einer runden oder n-eckigen Querschnittsform (mit n größer 2) aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der Aussparungen 104 in Radialrichtung (quer zur Axialrichtung 105) vollständig von dem Material des Grundkörpers 102 umgeben sein. Anschaulich kann die jeweilige Aussparung 104 vergraben sein zum Aufnehmen mindestens eines Dauermagneten 114 in dem Grundkörper 102. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der Aussparungen 104 dadurch gebildet sein, dass in jedem Elektroblech einer Vielzahl von Elektroblechen eine entsprechende Aussparung gebildet wird (z.B. mittels Stanzens oder Laserschneidens), und dass die Elektrobleche anschließend zu dem Grundkörper 102 paketiert werden. Das Paktieren der Elektrobleche kann beispielsweise mittels Schweißens erfolgen. Zum Bereitstellen von Aussparungen 104, welche jeweils zu einer tordierten Stabform (z.B. zu einem stabförmigen tordierten Dauermagneten) passend sind, können identische Elektrobleche gebildet werden und mit einem entsprechenden Winkelversatz (verdreht um die Axialrichtung 105 herum) angeordnet und paketiert sind oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetanordnung 100 mehrere Dauermagneten 114 aufweisen. Jeder der mehreren Dauermagneten 114 kann in einer der mehreren Aussparungen 114 angeordnet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann nur ein Dauermagnet 114 in einer jeweiligen Aussparung 104 angerordnet sein oder es können mehrere Dauermagneten 114 in einer jeweiligen Aussparung 104 angeordnet sein.
In 1 ist der Grundkörper 102 zur Veranschaulichung mit zwei Aussparungen 104-1, 104-2 und demzufolge auch mit zwei Dauermagneten 114-1, 114-2 dargestellt. Es versteht sich, dass, sofern technisch sinnvoll, auch andere Ausgestaltungen möglich sind, z.B. kann eine Anzahl von Aussparungen 104 (m) in dem Grundkörper 102 vorgesehen sein und eine Anzahl von Dauermagneten 114 (n) kann verteilt in den Aussparungen 104 angeordnet sein, wobei beispielsweise für m=n jeweils ein Dauermagnet in jeweils einer der Aussparungen 104 angeordnet sein kann, oder wobei für m<n jeweils mehrere Dauermagneten in mindestens einer der Aussparungen 104 angeordnet sein können, oder wobei für m>n mindestens eine der Aussparungen 104 frei bleiben kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeder der mehreren Dauermagneten 114 eine Stabform (z.B. eine Quaderform) aufweisen und um seine Stabachse oder eine Achse parallel zur Stabachse tordiert sein, wie beispielsweise in 2 veranschaulicht ist. Die Stabachse kann beispielsweise die Längsachse des stabförmigen Dauermagneten 114 sein. Dabei kann sich die Stabachse, wenn der stabförmige Dauermagnet 114 in einer Aussparung 104 des Grundkörpers 102 eingesetzt ist, beispielsweise parallel zu der Axialrichtung 105 erstrecken. Alternativ dazu kann sich die Stabachse, wenn der stabförmige Dauermagnet 114 in einer Aussparung 104 des Grundkörpers 102 eingesetzt ist, in einem vordefinierten Winkel zu der Axialrichtung 105 erstrecken, z.B. in einem Winkel von ungefähr 1° bis ungefähr 45°.
Der Grundkörper 102 kann beispielsweise eine erste Stirnfläche 102s aufweisen sowie eine der ersten Stirnfläche 102s gegenüberliegende zweite Stirnfläche (nicht in 1 sichtbar). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Grundkörper 102 mehrere Aussparungen 104 aufweisen, z.B. eine erste Aussparung 104-1 und eine zweite Aussparung 104-2, die sich jeweils von der ersten Stirnfläche 102s zu der zweiten Stirnfläche erstrecken. Die erste Stirnfläche 102s und die zweite Stirnfläche des Grundkörpers 102 können einander in Axialrichtung 105 gesehen gegenüberliegen. In einigen Ausgestaltungen kann der Grundkörper 102 rotationssymmetrisch zur Axialrichtung 105 ausgestaltet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich die Aussparungen 104 entlang der Axialrichtung 105 erstrecken. Alternativ dazu können sich die Aussparungen 104 in einem Winkel (z.B. in einem Bereich von ungefähr 1° bis ungefähr 45°) zu der Axialrichtung 105 erstrecken. Die Aussparungen 104 können parallel zueinander verlaufen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Grundkörper 102 als Magnetkern (auch als Magnetkörper bezeichnet) ausgestaltet sein. Dazu kann der Grundkörper 102 eine Vielzahl von Blechen (z.B. von Elektroblechen) aufweisen (nicht dargestellt), wobei die jeweiligen Bleche paketiert sind. Anschaulich können die jeweiligen Bleche in der geeigneten Form ausgestanzt oder ausgeschnitten (z.B. mittels eines Lasers, etc.) werden und entlang der Axialrichtung 105 übereinander angeordnet werden. Anschließend können die einzelnen Bleche miteinander zu einem Paket verbunden werden, was als Paketieren bezeichnet werden kann. Die Bleche können beispielsweise miteinander verschweißt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Vielzahl von Blechen teilweise oder vollständig in ein elektrisch isolierendes Gussmaterial eingebettet werden. Anschaulich kann somit beispielsweise ein Paketieren der Bleche auch ohne ein Verschweißen erfolgen, was beispielsweise die Wirbelstromverluste reduzieren kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die jeweiligen Bleche derart geformt (z.B. ausgestanzt, ausgeschnitten, etc.) sein oder werden, dass diese beim Paketieren den Grundkörper 102 sowie die jeweiligen Aussparungen 104 bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der Aussparungen 104 als Durchgangsloch in dem beispielsweise rohrförmigen oder stabförmigen Grundkörper 102 ausgebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die jeweilige Aussparung 104 in dem Grundkörper 102 von einer Begrenzungswandung 104w begrenzt, wobei die Begrenzungswandung 104w die jeweilige Aussparung 104 vollständig begrenzt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein stabförmiger Dauermagnet 114 einer der Aussparungen 104 zugeordnet sein, und dementsprechend passend zu der Aussparungen 104 derart ausgestaltet sein, dass der mindestens ein stabförmige Dauermagnet 114 in die Aussparungen 104 zugeordnet eingebracht werden kann, z.B. entlang der Axialrichtung 105 in den Grundkörper 102 eingeschoben werden kann. Dabei können der stabförmige Dauermagnet 114 und die Aussparungen 104 derart ausgestaltet sein, dass sich zumindest ein Formschluss in Radialrichtung bildet.
2 veranschaulicht einen Dauermagneten 114 in einer perspektivischen Darstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 um einen Winkel 214 tordiert sein, d.h. anschaulich in sich verdreht sein bzw. um eine Achse, die innerhalb des Körpers angeordnet ist, verdreht sein. Der Torsionswinkel 214 kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1° bis ungefähr 45° liegen, z.B. in einem Bereich von 5° ungefähr bis ungefähr 30°.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 die Form eines tordierten Quaders aufweisen, wie in 2 beispielhaft dargestellt ist. Der Quader kann beispielsweise eine Breite 201, eine Dicke 203 und eine Länge 205 aufweisen. Die Breite 201 kann größer sein als die Dicke 203, z.B. mehr als doppelt so groß oder mehr als dreimal so groß. Die Länge 205 kann größer sein als die Breite 201, z.B. mehr als doppelt so groß oder mehr als dreimal so groß. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Länge 205 des Dauermagneten 114 in einem Bereich von ungefähr 25 mm bis ungefähr 600 mm liegen, bzw. an die Größe der elektrischen Maschine angepasst sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Breite 201 des Dauermagneten 114 in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 100 mm liegen, bzw. an die Größe der elektrischen Maschine angepasst sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke 203 des Dauermagneten 114 in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 20 mm liegen, bzw. an die Größe der elektrischen Maschine angepasst sein.
3 veranschaulicht einen Dauermagneten 114 und dessen Lage in einer Magnetanordnung 100 in einer perspektivischen Darstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 derart ausgestaltet sein, dass dessen Nordpol radial nach außen und dessen Südpol radial nach innen gerichtet ist (siehe die Radialrichtung 305 senkrecht zur Axialrichtung 105 des Grundkörpers 102). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 derart ausgestaltet sein, dass dessen Südpol radial nach außen und dessen Nordpol radial nach innen gerichtet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können jeweils zwei einander benachbarte Dauermagneten 114 paarweise entweder mit deren Nordpol radial nach außen oder radial nach innen gerichtet sein. Anschaulich kann somit ein V-förmiger Magnetpol bereitgestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetanordnung 100 derart ausgestaltet sein, dass die Polarität der Dauermagneten 114 bzw. der paarweisen Dauermagneten entlang des Umfangs alterniert.
In zumindest einer Ausführungsform kann sich der Dauermagnet 114 im Wesentlichen entlang des gesamten Grundkörpers 102 erstrecken. Beispielsweise kann der Grundkörper 102 eine Grundkörperlänge (gemessen in Axialrichtung 105) aufweisen und die Länge 205 des Dauermagneten 114 kann größer sein als 80% der Grundkörperlänge, größer als 90% der Grundkörperlänge oder die Länge 205 des Dauermagneten 114 kann gleich der Grundkörperlänge sein.
4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 400 kann beispielsweise aufweisen: in 410, Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; in 420, Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; in 430, nach dem Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements, Umformen des Bauelements und damit Bilden eines tordierten stabförmigen Bauelements; und, in 440, nach dem Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines tordierten stabförmigen Dauermagneten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Umformen des Bauelements beispielsweise ein Kaltumformen sein oder zumindest einen Kaltumformschritt aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bauelement bereits als ein stabförmiges Bauelement bereitgestellt sein oder werden, z.B. in Schritt 410. In diesem Fall kann beispielsweise das Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, z.B. in Schritt 430, mittels Verdrehens des stabförmigen Bauelements erfolgen. Das stabförmige Bauelement kann beispielsweise um dessen Stabachse oder um eine Achse innerhalb des stabförmigen Bauelements (z.B. eine Achse parallel zur Stabachse) erfolgen. Sofern hilfreich, kann das stabförmige Bauelement nicht um die Stabachse sondern um eine beliebige Achse tordiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bauelement als ein beliebiges Bauelement bereitgestellt sein oder werden, z.B. in Schritt 410. In diesem Fall kann beispielsweise das Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, z.B. in Schritt 430, mittels Umformens des Bauelements zu einem stabförmigen Bauelement und anschließenden oder gleichzeitigen Verdrehens des stabförmigen Bauelements erfolgen.
5 veranschaulicht ein Verfahren 500 zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 500 kann beispielsweise aufweisen: in 510, Bereitstellen mindestens eines tordierten stabförmigen Dauermagneten; in 520, Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und, in 530, Einbringen des mindestens einen tordierten stabförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung.
6 veranschaulicht einen Dauermagneten 114 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 mindestens eine Aussparung 614 aufweisen. Die mindestens eine Aussparung 614 kann beispielsweise mindestens ein Durchgangsloch sein, welches sich durch den Dauermagneten 114 hindurch erstreckt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114, welcher die mindestens eine Aussparung 614 aufweist, ein tordierter stabförmiger Dauermagnet 114 sein oder jede andere geeignete Form aufweisen. Wenn der Dauermagnet 114, welcher die mindestens eine Aussparung 614 aufweist, ein tordierter stabförmiger Dauermagnet 114 ist, kann sich die mindestens eine Aussparung 614 entlang einer Richtung parallel zu der Stabachse erstrecken, z.B. durch den tordierten stabförmigen Dauermagneten 114 hindurch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Aussparung 614 in einem Dauermagneten 114 einer Magnetanordnung (z.B. der Magnetanordnung 100) derart bereitgestellt sein, dass ein Kühlfluid (z.B. Gas, Wasser, etc.) durch die mindestens eine Aussparung 614 hindurch geleitet werden kann zum Kühlen der Magnetanordnung.
7 veranschaulicht einen Dauermagneten 114 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Der Dauermagnet 114 kann beispielsweise mindestens zwei Abschnitte 114a, 114b aufweisen, wobei der mindestens eine Dauermagnet 114 in dem ersten Abschnitt 114a eine erste Dicke 703a aufweisen und in dem zweiten Abschnitt 114b eine zweite Dicke 703b, wobei die erste Dicke 703a verschieden von der zweiten Dicke 703b ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Übergang von der ersten Dicke 703a in dem ersten Abschnitt 114a zu der zweiten Dicke 703b in dem zweiten Abschnitt 114b stufenweise oder kontinuierlich erfolgen (z.B. kann mindestens eine Oberfläche des Dauermagneten 114 eine gekrümmte Fläche sein).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Dauermagnet 114 mit mindestens einer Aussparung 614, wie er bezüglich 6 beispielhaft beschrieben ist, auch mindestens zwei Abschnitte aufweisen, die eine voneinander verschiedene Dicke aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 mittels Kaltumformens (z.B. im Schritt 430 des Verfahrens 400) in eine gewünschte Form gebracht werden und/oder die mindestens eine Aussparung 614 kann mittels Kaltumformens (z.B. im Schritt 430 des Verfahrens 400) erzeugt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Dauermagnet 114 mittels Durchziehens durch eine Matrize geformt werden. Hohlprofile können beispielsweise mittels eines Stopfens oder Dorns ebenfalls mittels Durchziehens hergestellt werden.
8 veranschaulicht ein Verfahren 800 zum Herstellen eines rohrförmigen Dauermagneten in einem schematischen Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein rohrförmiger Dauermagnet mindestens ein Durchgangsloch aufweisen. Das Durchgangsloch kann beispielsweise vollumfänglich von Material des Dauermagneten umgeben sein.
Das Verfahren 800 kann beispielsweise aufweisen: in 810, Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; in 820, Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; in 830, nach dem Duktilisieren der Legierung des Bauelements, Umformen des Bauelements und damit Bilden eines rohrförmigen Bauelements, wobei das rohrförmige Bauelement mindestens ein (z.B. axiales) Durchgangsloch aufweist; und, in 840, nach dem Bilden des rohrförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines rohrförmigen Dauermagneten mit mindestens einem (z.B. axialen) Durchgangsloch.
9 veranschaulicht ein Verfahren 900 zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 900 kann beispielsweise aufweisen: in 910, Bereitstellen mindestens eines rohrförmigen Dauermagneten, wobei der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet mindestens ein (z.B. axiales) Durchgangsloch aufweist; in 920, Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und, in 930, Einbringen des mindestens einen rohrförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der rohrförmigen Dauermagnet ein tordierter rohrförmiger Dauermagnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektromechanische Wandler derart eingerichtet sein, dass ein Fluid (z.B. ein Kühlmittel) durch den mindestens einen rohrförmigen Dauermagneten des Rotors hindurch geleitet werden kann zum Kühlen des mindestens einen rohrförmigen Dauermagneten.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und das in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist eine Magnetanordnung aufweisend: einen Grundkörper, wobei der Grundkörper mehrere Durchgangslöcher aufweist; und mehrere stabförmige Dauermagnete, welche in den mehreren Durchgangslöchern angeordnet sind, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten tordiert ist. Die Magnetanordnung kann beispielsweise in einem elektromechanischen Wandler als Rotor verwendet werden. Mit anderen Worten kann die Magnetanordnung als Rotor eines elektromechanischen Wandlers ausgestaltet sein.
Ein stabförmiger Dauermagnet kann, gemäß einigen Ausführungsformen, eine zylindrische Form aufweisen, z.B. mit einer ovalen, kreisförmigen, oder elliptischen Grundfläche. Ein stabförmiger Dauermagnet kann, gemäß einigen anderen Ausführungsformen, eine prismatische Form aufweisen mit einer n-eckigen Grundfläche. Die n-eckige Grundfläche kann beispielsweise eine rechteckige oder quadratische Grundfläche sein. Allerdings kann die Grundfläche des zylindrischen oder prismatischen Dauermagneten auch jede andere gewünschte Form aufweisen. Die zylindrische oder prismatische Form kann gerade oder schief sein.
In Beispiel 2 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 1 ferner optional aufweisen, dass jeder der stabförmigen Dauermagneten um seine Stabachse tordiert ist.
In Beispiel 3 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 1 oder 2 ferner optional aufweisen, dass in jedem der mehreren Durchgangslöcher genau ein stabförmiger Dauermagnet der mehreren stabförmigen Dauermagneten angeordnet ist.
In Beispiel 4 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 1 oder 2 ferner optional aufweisen, dass in zumindest einem oder jedem der mehreren Durchgangslöcher mehr als ein stabförmiger Dauermagnet der mehreren stabförmigen Dauermagneten angeordnet ist.
In Beispiel 5 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 ferner optional aufweisen, dass jedes der mehreren Durchgangslöcher vollumfänglich von einem Material des Grundkörpers umgeben ist.
In Beispiel 6 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 ferner optional aufweisen, dass zumindest einer der mehreren stabförmigen Dauermagneten mindestens ein Durchgangsloch und/oder mindestens eine Aussparung aufweist.
In Beispiel 7 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 6 ferner optional aufweisen, dass sich das mindestens eine Durchgangsloch und/oder die mindestens eine Aussparung entlang der Stabachse durch den jeweiligen Dauermagneten hindurch erstreckt.
In Beispiel 8 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 ferner optional aufweisen, dass der Grundkörper aus einer Vielzahl von paketierten Blechen gebildet ist.
In Beispiel 9 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 8 ferner optional aufweisen, dass jedes der Bleche mehrere Durchgangslöcher aufweist, und wobei die Vielzahl von Blechen derart verdreht zueinander paketiert sind, dass die mehreren Durchgangslöcher des Grundkörpers passend zu den mehreren Dauermagneten gebildet sind.
In Beispiel 10 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 ferner optional aufweisen, dass der Grundkörper eine erste Stirnfläche und eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche aufweist, wobei sich die mehreren Durchgangslöcher in dem Grundkörper von der ersten Stirnfläche zu der zweiten Stirnfläche erstrecken.
Beispiel 11 ist eine Magnetanordnung, aufweisend: einen Grundkörper, wobei der Grundkörper mindestens eine Aussparung aufweist; und mindestens einen stabförmigen Dauermagnet, welcher tordiert ist und in der mindestens einen Aussparungen angeordnet ist.
In Beispiel 12 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 11 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet um seine Stabachse tordiert ist.
In Beispiel 13 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 11 oder 12 ferner optional aufweisen, dass der Grundkörper eine erste Stirnfläche und eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite Stirnfläche aufweist. Die mindestens eine Aussparung kann sich von der ersten Stirnfläche zu der zweiten Stirnfläche erstrecken.
In Beispiel 14 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 11 bis 13 ferner optional aufweisen, dass in der mindestens einen Aussparung genau ein stabförmiger Dauermagnet angeordnet ist.
In Beispiel 15 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiel 11 bis 13 ferner optional aufweisen, dass in der mindestens einen Aussparung mehrere stabförmige Dauermagneten angeordnet sind.
In Beispiel 16 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 11 bis 15 ferner optional aufweisen, dass die mindestens eine Aussparung als Durchgangsloch in dem Grundkörper ausgebildet ist.
In Beispiel 17 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 11 bis 15 ferner optional aufweisen, dass sich die mindestens eine Aussparung von einer Umfangsfläche des Grundkörpers in diesen hinein erstreckt.
In Beispiel 18 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 ferner optional aufweisen, dass der Grundkörper als Hohlprofil oder Vollprofil ausgebildet ist und eine Grundkörper-Axialrichtung definiert. Die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche des Grundkörpers können einander in Grundkörper-Axialrichtung gesehen gegenüberliegen.
In Beispiel 19 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 18 ferner optional aufweisen, dass die Stabachse des mindestens einen bzw. der mehreren stabförmigen Dauermagneten in einem Winkel zu der Grundkörper-Axialrichtung ausgerichtet ist. Der Winkel kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1° bis ungefähr 45° liegen.
In Beispiel 20 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 19 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet bzw. jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten einen prismatischen (z.B. rechteckigen) Querschnitt aufweist (senkrecht zur Stabachse betrachtet).
In Beispiel 21 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 20 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet bzw. jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten einen Querschnitt aufweist (senkrecht zur Stabachse betrachtet), wobei die Form und/oder die Größe des Querschnitts entlang der Stabachse konstant ist.
In Beispiel 22 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 21 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet bzw. jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten einen ersten Abschnitt mit einer erste Dicke und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dicke aufweist, wobei die erste Dicke verschieden von der zweiten Dicke ist (z.B. entlang einer Radialrichtung des Grundkörpers betrachtet).
In Beispiel 23 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 22 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet bzw. jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten einen Nordpolabschnitt und einen Südpolabschnitt aufweist, und dass entweder der Nordpolabschnitt radial außen und der Südpolabschnitt radial innen oder der Südpolabschnitt radial außen und der Nordpolabschnitt radial innen angeordnet ist.
In Beispiel 24 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 23 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet bzw. jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten Neodym, Eisen und Bor aufweist.
In Beispiel 25 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 11 bis 24 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine stabförmige Dauermagnet mindestens ein Durchgangsloch und/oder mindestens eine Aussparung aufweist.
In Beispiel 26 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 25 ferner optional aufweisen, dass sich das mindestens eine Durchgangsloch und/oder die mindestens eine Aussparung entlang der Stabachse durch den mindestens einen Dauermagneten hindurch erstreckt.
In Beispiel 27 kann die Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 11 bis 26 ferner optional aufweisen, dass der Grundkörper eine Vielzahl von Blechen aufweist, die miteinander verbunden sind.
In Beispiel 28 kann die Magnetanordnung gemäß Beispiel 27 ferner optional aufweisen, dass jedes Blech der Vielzahl von Blechen derart geformt ist, dass diese die mindestens eine Aussparung bilden.
Beispiel 29 betrifft das Verwenden mindestens eines stabförmigen Dauermagneten in einem Stator und/oder Rotor eines elektromechanischen Wandlers zum Erzeugen und/oder Beeinflussen eines magnetischen Erregerfeldes, wobei der stabförmige Dauermagnet tordiert ist. Der stabförmige Dauermagnet kann beispielsweise um sein Stabachse tordiert sein.
Beispiel 30 betrifft das Verwenden mindestens eines stabförmigen Dauermagneten in einem Stator und/oder Rotor eines elektromechanischen Wandlers zum Erzeugen und/oder Beeinflussen eines magnetischen Erregerfeldes, wobei der mindestens eine stabförmige Dauermagnet ein Durchgangsloch aufweist, welches sich zumindest in den stabförmigen Dauermagnet hinein erstreckt. Das Durchgangsloch kann sich beispielsweise entlang einer Richtung parallel zur Stabachse durch den mindestens einen stabförmigen Dauermagnet hindurch erstrecken.
Bei der Verwendung gemäß dem Beispiel 29 oder 30 kann der mindestens eine stabförmige Dauermagnet Neodym, Eisen und Bor aufweisen oder daraus bestehen.
Beispiel 31 ist ein elektromechanischer Wandler, aufweisend: mindestens eine Magnetanordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 28, wobei die mindestens eine Magnetanordnung als Stator und/oder Rotor des elektromechanischen Wandlers ausgebildet ist.
Beispiel 32 ist ein elektromechanischer Wandler, aufweisend: mindestens einen stabförmigen Dauermagnet, wobei dieser mindestens ein Durchgangsloch aufweist, welches sich (z.B. entlang einer Richtung parallel zu der Stabachse) durch den mindestens einen stabförmigen Dauermagneten hindurch oder zumindest in den mindestens einen stabförmigen Dauermagneten erstreckt; eine Kühlmittelzuführung, welche derart eingerichtet ist, dass ein Kühlfluid durch das mindestens eine Durchgangsloch des mindestens einen stabförmigen Dauermagneten hindurch strömen kann.
Der elektromechanische Wandler gemäß Beispiel 31 oder 32 kann ein Elektromotor oder ein Elektrogenerator sein.
Beispiel 33 ist ein Verfahren zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines stabförmigen Bauelements, wobei das stabförmige Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des stabförmigen Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements, Verdrehen des stabförmigen Bauelements um dessen Stabachse und damit Bilden eines tordierten stabförmigen Bauelements; und, nach dem Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines tordierten stabförmigen Dauermagneten.
In Beispiel 34 kann das Verfahren gemäß Beispiel 33 ferner optional aufweisen, dass die Legierung eine Ne-Fe-B-Legierung ist.
In Beispiel 35 kann das Verfahren gemäß Beispiel 34 ferner optional aufweisen, dass die magnetisierbare Phase Nd-Fe-B (z.B. Nd₂Fe₁₄B) aufweist oder daraus besteht.
In Beispiel 36 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 33 bis 35 ferner optional aufweisen, dass das Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung mittels Wasserstoff erfolgt.
In Beispiel 37 kann das Verfahren gemäß Beispiel 35 und 36 ferner optional aufweisen, dass die magnetisierbare Phase in NdH₂, Fe₂B und Fe (z.B. aFe) disproportioniert wird.
In Beispiel 38 kann das Verfahren gemäß Beispiel 36 oder 37 ferner optional aufweisen, dass das Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung mittels Entfernens des Wasserstoffs aus der Legierung erfolgt.
In Beispiel 39 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 33 bis 38 ferner optional aufweisen, dass das Verdrehen des stabförmigen Bauelements um einen Winkel in einem Bereich von ungefähr 3° bis ungefähr 90° erfolgt.
Beispiel 40 ist ein Verfahren zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements, Umformen des Bauelements und damit Bilden eines tordierten stabförmigen Bauelements; und, nach dem Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines tordierten stabförmigen Dauermagneten.
Beispiel 41 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen mindestens eines tordierten stabförmigen Dauermagneten; Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und Einbringen des mindestens einen tordierten stabförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung.
In Beispiel 42 kann das Verfahren gemäß Beispiel 41 ferner optional aufweisen, dass der mindesten eine tordierte stabförmige Dauermagnet mittels des Verfahrens gemäß einem der Beispiele 33 bis 39 hergestellt ist.
Beispiel 43 ist ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Dauermagneten, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des Bauelements, Umformen des Bauelements und damit Bilden eines rohrförmigen Bauelements, wobei das rohrförmige Bauelement mindestens ein axiales Durchgangsloch aufweist; und, nach dem Bilden des rohrförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines rohrförmigen Dauermagneten mit mindestens einem axialen Durchgangsloch.
Ein rohrförmiger Dauermagnet kann die Form eines beliebigen Hohlprofils aufweisen. Das Hohlprofil kann, gemäß einigen Ausführungsformen, eine zylindrische Form aufweisen, z.B. mit einer ovalen, kreisförmigen, oder elliptischen Grundfläche. Das Hohlprofil kann, gemäß einigen anderen Ausführungsformen, eine prismatische Form aufweisen mit einer n-eckigen Grundfläche. Die n-eckige Grundfläche kann beispielsweise eine rechteckige oder quadratische Grundfläche sein. Allerdings kann die Grundfläche der zylindrischen oder prismatischen Hohlprofils auch jede andere gewünschte Form aufweisen. Die zylindrische oder prismatische Form kann gerade oder schief sein. Das Hohlprofil kann eine durchgehend geschlossene Umfangswandung aufweisen. Alternativ dazu kann das Hohlprofil eine nicht durchgehend geschlossene Umfangswandung aufweisen; d.h. anschaulich kann die Umfangswandung zumindest abschnittsweise offen sein. Die Innenkontur des Hohlprofils (anschaulich die Form der Durchgangsöffnung) kann beispielsweise die gleiche Form aufweisen wie die Außenkontur des Hohlprofils. Alternativ dazu kann die Innenkontur des Hohlprofils beispielsweise eine andere Form aufweisen als die Außenkontur des Hohlprofils, z.B. kann die Innenkontur kreisrund sein und die Außenkontur n-eckig, oder die Innenkontur kann n-eckig sein und die Außenkontur kreisrund, etc.
In Beispiel 44 kann das Verfahren gemäß Beispiel 43 ferner optional aufweisen, dass das Umformen mittels Durchziehens erfolgt.
Beispiel 45 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors eines elektromechanischen Wandlers, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen mindestens eines rohrförmigen Dauermagneten, wobei der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet mindestens ein axiales Durchgangsloch aufweist; Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und Einbringen des mindestens einen rohrförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung.
In Beispiel 46 kann das Verfahren gemäß Beispiel 45 ferner optional aufweisen, dass der mindestens eine rohrförmige Dauermagnet mittels des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 43 oder 44 hergestellt wird.

Claims

Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, der Stator bzw. Rotor aufweisend eine Magnetanordnung (100), die Magnetanordnung (100) aufweisend: einen Grundkörper (102), wobei der Grundkörper (102) mehrere Durchgangslöcher (104) aufweist; und mehrere stabförmige Dauermagneten (114), welche in den mehreren Durchgangslöchern (104) angeordnet sind, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) derart mittels Umformens des stabförmigen Dauermagneten (114) tordiert ist, dass eine Schrägstellung des Dauermagneten relativ zur Rotationsachse bzw. Rotorachse realisiert ist.
Stator oder Rotor gemäß Anspruch 1, wobei das Umformen zum Tordieren des stabförmigen Dauermagneten (114) einen Kaltumformprozess aufweist, vorzugsweise Walzen, Ziehen, Pressen, Durchziehen oder Verdrehen.
Stator oder Rotor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) um seine Stabachse tordiert ist, vorzugsweise mit einem Torsionswinkel in einem Bereich von 3° bis 90°.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in jedem der mehreren Durchgangslöcher (104) genau ein stabförmiger Dauermagnet (114) der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) angeordnet ist; oder wobei in jedem der mehreren Durchgangslöcher (104) mehr als ein stabförmiger Dauermagnet (114) der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) angeordnet ist.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest einer der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) ein Durchgangsloch aufweist, welches sich entlang durch den zumindest einen stabförmigen Dauermagneten (114) hindurch erstreckt.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Grundkörper (102) eine erste Stirnfläche (102s) und eine der ersten Stirnfläche (102s) gegenüberliegende zweite Stirnfläche aufweist, und wobei sich jedes der mehreren Durchgangslöcher (104) in dem Grundkörper (102) von der ersten Stirnfläche (102s) zu der zweiten Stirnfläche erstreckt.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Grundkörper (102) als Hohlprofil oder Vollprofil ausgebildet ist und eine Grundkörper-Axialrichtung (105) definiert, und wobei die Stabachse des jeweiligen stabförmigen Dauermagneten (114) in einem Winkel zu der Grundkörper-Axialrichtung (105) ausgerichtet ist, wobei der Winkel vorzugsweise in einem Bereich von 1° bis 45° liegt.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) einen prismatischen Querschnitt aufweist.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) einen Querschnitt aufweist, und wobei die Form und/oder die Größe des Querschnitts entlang der Stabachse konstant ist.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) einen ersten Abschnitt (114a) mit einer erste Dicke (703a) und einen zweiten Abschnitt (114b) mit einer zweiten Dicke (703b) aufweist, wobei die erste Dicke (703a) verschieden von der zweiten Dicke (703b) ist.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) einen Nordpolabschnitt und einen Südpolabschnitt aufweist, und wobei entweder der Nordpolabschnitt radial außen und der Südpolabschnitt radial innen oder der Südpolabschnitt radial außen und der Nordpolabschnitt radial innen angeordnet ist.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) Neodym, Eisen und Bor aufweist oder daraus besteht.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest ein stabförmiger Dauermagnet (114) der mehreren stabförmigen Dauermagneten (114) ein Durchgangsloch oder eine Aussparung aufweist, wobei sich das Durchgangsloch bzw. die Aussparung vorzugsweise entlang der Stabachse durch den mindestens einen stabförmigen Dauermagneten (114) hindurch erstreckt.
Stator oder Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Grundkörper (102) eine Vielzahl von Blechen aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei jedes Blech der Vielzahl von Blechen derart geformt ist, dass die mehreren Durchganglöcher (104) in dem Grundkörper (102) gebildet sind.
Elektrische Maschine, aufweisend: mindestens eine Magnetanordnung (100) als Teil eines Stators oder Rotors der elektrischen Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer elektrischen Maschine aufweisend: Herstellen mindestens eines tordierten stabförmigen Dauermagneten, wobei der stabförmige Dauermagnet (114) mittels Verdrehens derart tordiert wird, dass eine Schrägstellung des Dauermagneten relativ zur Rotationsachse bzw. Rotorachse realisierbar ist; Herstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aussparung, wobei die mindestens eine Aussparung und der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet derart passend zu einander ausgestaltet sind, dass der mindestens eine tordierte stabförmige Dauermagnet in die mindestens eine Aussparung eingebracht werden kann; und Einbringen des mindestens einen tordierten stabförmigen Dauermagneten in die mindestens eine Aussparung
Verfahren zum Herstellen eines tordierten stabförmigen Dauermagneten als Teil eines Stators oder Rotors einer elektrischen Maschine, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines Bauelements, wobei das Bauelement eine Legierung mit einer magnetisierbaren Phase aufweist; Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung des Bauelements und damit Duktilisieren der Legierung des Bauelements; nach dem Duktilisieren der Legierung des stabförmigen Bauelements, Umformen des Bauelements und damit Bilden eines tordierten stabförmigen Bauelements; und, nach dem Bilden des tordierten stabförmigen Bauelements, Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung und Bilden eines tordierten stabförmigen Dauermagneten.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Legierung eine Ne-Fe-B-Legierung ist und wobei die magnetisierbare Phase Nd-Fe-B aufweist oder daraus besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei das Disproportionieren der magnetisierbaren Phase der Legierung mittels Wasserstoff erfolgt; und wobei das Wiederherstellen der magnetisierbaren Phase der Legierung mittels Entfernens des Wasserstoffs aus der Legierung erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Umformen einen Kaltumformprozess aufweist, vorzugsweise Durchziehen oder Verdrehen.