DE102019214513A1

DE102019214513A1 - Lamellenpaket für eine elektrische Maschine, ein Rotor oder Stator aufweisend ein Lamellenpaket, und Verfahren zum Herstellen eines solchen Lamellenpakets

Info

Publication number: DE102019214513A1
Application number: DE102019214513.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Farr; Steven Andrew Evans; Achim Neubauer; Tilo Koenig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Lamellenpaket (10) zur Ausbildung magnetischer Pole einer elektrischen Maschine - insbesondere eines Stators oder Rotors -, sowie Verfahren zum Herstellen eines Lamellenpakets, mit einzelnen axial aufeinander geschichteten Blechlamellen (12), die mittels Stanzpaketierungen (14) axial miteinander verbunden sind, wobei die Stanzpaketierungen (14) eine Längserstreckung (24) aufweisen, die größer ist als deren Quererstreckung (26), wobei mindestens eine Stanzpaketierung (14) mit ihrer Längserstreckung (24) entlang einer radialen Zahnschaftachse (23) des Lamellenpakets (10) angeordnet ist, und mindestens eine weitere Stanzpaketierung (14) in einem Jochbereich (16) des Lamellenpakets (10) mit seiner Längserstreckung (24) näherungsweise entlang von Magnetfeldlinien (55) angeordnet ist, die sich im Lamellenpaket (10) ausbilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lamellenpaket für eine elektrische Maschine, ein Rotor oder Stator aufweisend ein Lamellenpaket, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lamellenpakets nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Mit der DE 29830009658U ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem ein Lamellenpaket aus einzelnen ausgestanzten Blechlamellen axial geschichtet ausgebildet ist. Dabei sind in einem radial äußeren Jochbereich Stanzpaketierungen ausgebildet, die die einzelnen Blechlamellen axial miteinander verbinden. Nachteilig ist bei dieser Ausführung der große beanspruchte Bauraum in Radialrichtung. Außerdem besteht die Gefahr, dass die Blechlamellen im Bereich der Statorzähne sich gegeneinander verschieben, da diese Bereiche axial nicht miteinander verbunden sind. Diese Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden, wobei die magnetischen Flussverluste im Lamellenpaket möglichst verringert werden sollen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausrichtung der Längserstreckung der Stanzpaketierungen möglichst tangential zu den Magnetfeldlinien des Lamellenpakets der magnetische Fluss in den Blechlamellen möglichst wenige beeinträchtigt wird. Durch die tangentiale Ausrichtung der Längserstreckung der Stanzpaketierungen bilden die plastischen Materialdeformationen der Stanzpaketierungen ein geringeres Hindernis für den magnetischen Fluss, als wenn die Längserstreckung einen größeren Winkel zu den Magnetfeldlinien bilden. Durch die Schrägstellung einer ausreichenden Anzahl von Stanzpaketierungen wird im Lamellenpaket eine ausreichende axiale Verbindungskraft und Positionsgenauigkeit zwischen den einzelnen Blechlamellen bewirkt, und gleichzeitig der magnetische Fluss durch das Lamellenpaket möglichst wenig gestört.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Durch die Ausrichtung der Längserstreckung der Stanzpaketierungen im Jochbereich abweichend von der Tangentialrichtung des Jochs kann die Positioniergenauigkeit zweiter übereinanderliegenden Blechlamellen bezüglich der Umfangsrichtung deutlich erhöht werden. Dies ist wichtig, um beispielsweise den Luftspalt zwischen zwei tangential benachbarter Einzelzahnsegmente zu reduzieren, um so unerwünschte Widerstände des magnetischen Flusses in diesem Luftspalt zu reduzieren. Somit können die einzelnen Blechlamellen beim axialen Aufeinanderschichten zuverlässig gegen ein Verschieben oder ein Verdrehen zueinander gesichert werden. Dabei ist es besonders günstig, dass die Längserstreckung der Stanzpaketierung einerseits im Zahnschaft und andererseits im Jochbereich einen Anordnungswinkel von etwa 100° bis 170° zueinander bilden. Eine besonders gute Verdrehsicherung zweier axial benachbarter Blechlamellen wird durch einen Anordnungswinkel von etwa 100° bis 130°, besonders bevorzugt etwa 105°, erzielt
Um eine möglichst hohe Biege- und Verdrehsteifigkeit zu erzielen sind die Stanzpaketierungen vorteilhaft möglichst weit voneinander entfernt angeordnet. Dabei ist der Abstand zweier Stanzpaketierungen untereinander bevorzugt größer als der Abstand zwischen eine Stanzpaketierung zu einer in Richtung der Längserstreckung liegenden Schnittkante des Lamellenpakets. Sind beispielsweise in einem T-förmigen Statorsegment genau drei Stanzpaketierungen angeordnet, so ist sowohl der Abstand zwischen den beiden Stanzpaketierungen im Jochberiech, als auch der Abstand jeder der beiden Stanzpaketierungen im Jochbereich zu der Stanzpaketierung im Zahnschaft jeweils größer als der nächste Abstand der Stanzpaketierung zur Schnittkante des Lamellenpakets in Richtung der Längserstreckung.
Bei einer weiteren Ausführung sind die Stanzpaketierungen im Jochbereich von den Schneidkanten in Umfangsrichtung etwa gleich weit entfernt, wie zur Zahnschaftachse, um den magnetischen Fluss im Übergang zum nächsten tangential benachbarten Statorsegment möglichst wenig zu beeinträchtigen.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Tiefe der Materialumformung einer Stanzpaketierung in Axialrichtung nicht über die gesamte Fläche der Stanzpaketierung konstant. Vielmehr verändert sich die Tiefe der Stanzpaketierung, d. h. deren axiale Einprägung über der Längserstreckung der Stanzpaketierung. Dadurch werden sprunghafte, bzw. stufenförmige Materialumformungen am Rand der Stanzpaketierung vermieden. Eine solche stufenartige Materialabscherung beeinträchtigt den magnetischen Fluss über die Stufe hinweg beträchtlich. Daher ist es besonders günstig, wenn die Tiefe der Stanzpaketierung von einem Rand der Stanzpaketierung entlang der Längserstreckung kontinuierlich zunimmt und am gegenüberliegenden Rand wieder kontinuierlich abnimmt. Durch diese kontinuierliche Veränderung der Tiefe der Stanzpaketierung bezüglich der Längserstreckung wird das Gefüge des magnetisch leitenden Materials möglichst wenig negativ beeinflusst, wodurch der magnetische Fluss die Stanzpaketierung entlang der Längserstreckung möglichst ungestört passieren kann. Bei dieser Ausführung kann die Tiefe der Stanzpaketierung in einem mittleren Bereich auch eine konstante Tiefe aufweisen, die zu den beiden Rändern hin stetig abnimmt.
Um den magnetischen Fluss durch die Stanzpaketierung möglichst wenig zu stören, ist die Quererstreckung der Stanzpaketierung deutlich geringer als deren Längserstreckung. Da die Längserstreckung näherungsweise entlang den Magnetfeldlinien verläuft kann die Stanzpaketierung entlang ihrer Quererstreckung etwa eine gleichbleibende Tiefe über deren gesamte Breite aufweisen. Dabei wirken sich auch stufenartige Ränder der Stanzpaketierung in Querrichtung kaum störend auf den Magnetfluss aus.
Für einen optimalen Magnetfluss entlang der Längsrichtung der Stanzpaketierung ist deren axiale Tiefe geringer ausgebildet, als die axiale Dicke einer einzelnen Blechlamelle. Da hierbei das Blechmaterial einer ersten Blechlamelle maximal axial in den Bereich einer zweiten Blechlamelle eingedrückt wird, wird der magnetisch Fluss in Axialrichtung im Bereich der Längserstreckung möglichst wenig behindert.
Für Anwendungen, bei denen eine hohe axiale Verbindungskraft zwischen den einzelnen Blechlamellen benötigt wird, kann die Tiefe der Stanzpaketierung in Axialrichtung auch größer ausgebildet sein, als die Dicke einer einzigen Blechlamelle. Dabei wird das Material der ersten Blechlamelle in Axialrichtung bis in die übernächste, oder weiter auf diese folgenden Blechlamellen hineingedrückt. Dadurch entsteht ein besonders stabiler Formschluss zwischen den Blechlamellen, der diese auch bei großer äußeren Belastungen sicher in genauer Position zueinander hält. Auch bei dieser Ausführung wird möglichst eine sprunghafte Änderung der axialen Tiefe der Stanzpaketierung bezüglich der Längserstreckung vermieden, wobei die axiale Tiefe möglichst gleichmäßig zu und entlang der Längserstreckung wieder abnimmt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Stanzpaketierung im Lochbereich vorteilhaft V-förmig ausgebildet, derart, dass deren zwei Schenkel sich möglichst tangential entlang der Magnetfeldlinien erstrecken. Dabei weisen die beiden Schenkel jeweils eine Längserstreckung auf, die wiederum einen Anordnungswinkel zu der Längserstreckung einer Stanzpaketierung im Zahnschaft bildet. Dieser Anordnungswinkel beträgt bevorzugt 150° bis 170° so dass der Tangentialwinkel zwischen den beiden Schenkeln näherungsweise etwa 20° bis 60° beträgt. Bei einer solchen Ausführung kann wiederum die Positioniergenauigkeit zwischen zwei aufeinandergestapelten Blechlamellen optimiert werden, und gleichzeitig durch die Ausrichtung der Schenkel möglichst entlang der Magnetfeldlinien die Störung des magnetischen Flusses durch diese V-förmige Stanzpaketierung minimiert werden.
In einer weiteren Ausführung ist die Stanzpaketierung im Jochbereich näherungsweise dreieckförmig ausgebildet, wobei eine Spitze des Dreiecks zu der Stanzpaketierung im Zahnschaft zeigt. Dabei weist diese näherungsweise dreieckige Stanzpaketierungen zwei gegenüberliegende Seiten auf, deren Längserstreckung wiederum näherungsweise tangential zu den Magnetfeldlinien in diesem Übergangsbereich zwischen dem Zahnschaft und dem Jochbereich verlaufen. Der Dreieckswinkel zwischen diesen beiden Seiten der dreiecksförmigen Stanzpaketierung weist besonders günstig einen Dreieckswinkel im Bereich von 10° bis 40° auf, und ist bezüglich der Zahnschaftachse radial so positioniert, dass die Magnetfeldlinien an dieser Stelle in etwa entlang der Seiten der dreieckförmigen Stanzpaketierung verlaufen. Dabei bildet die Längserstreckung einer solchen Seite einen Anordnungswinkel zur Längserstreckung der Stanzpaketierung im Zahnschaft von etwa 150° bis 175°.
Die V-förmige oder dreieckförmige Stanzpaketierung im Jochbereich ist jeweils symmetrisch zur Zahnschaftachse ausgebildet, ebenso wie die Magnetfeldlinien in diesem Bereich. Die Längserstreckung der Schenkel bzw. der Seiten ist tangential zu den Magnetfeldlinien ausgerichtet, um den magnetischen Fluss möglichst wenig zu beeinträchtigen. Zusätzlich kann auch die axiale Tiefe der Stanzpaketierung entlang der jeweiligen Längserstreckungen veränderlich ausgebildet sein, um den magnetischen Fluss noch weniger zu stören.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die Anordnung und Ausbildung der Stanzpaketierung in einem Lamellenpaket, das als T-förmiges Statorsegment ausgebildet ist. Ein solches Statorsegment bildet ein Einzelzahnsegment, bei dem an einem ringsegmentförmigen Jochbereich sich radial genau ein Zahnschaft erstreckt. Auf diesen Zahnschaft wird eine elektrische Spule gewickelt, die dann am Zahnschuh einen in Radialrichtung wirkenden Magnetpol ausbildet. Die elektrische Spule ist bevorzugt als Einzelzahnspule ausgebildet, die auf eine auf das Statorsegment aufgesetzte Isoliermaske aufgewickelt ist.
Mehrerer solcher T-förmigen Statorsegmente können zu einem ringförmig geschlossenen Stator zusammengesetzt werden, wobei jeweils die Jochbereiche in Tangentialrichtung aneinander anliegen. Alternativ kann ein Stator oder ein Rotor auch als bezüglich der Umfangsrichtung einstückiges Lamellenpaket ausgebildet sein, wobei die einzelnen Vollschnitt-Lamellen ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Stanzpaketierungen axial miteinander verbunden sind. Im Stator oder Rotor können alternativ zu den elektrischen Wicklungen auch Permanentmagnete angerordnet werden, wobei das Lamellenpaket dann hierfür für den magnetischen Rückschluss bildet.
Der Stator und/oder der Rotor die aus den Lamellenpaketen gebildet werden, können sehr kostengünstig als Teil einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors ausgebildet werden. Beispielsweise können mehrere T-förmige Einzelzahnsegmente als Stator zusammengesetzt werden, dessen elektrische Wicklungen bürstenlos kommutiert werden. Dazu ist bevorzugt axial oberhalb der Statorsegmente eine Steuerelektronik angeordnet, durch die die einzelnen elektrischen Spulen miteinander verschaltet sind. Bei dieser Ausführung kann innerhalb der Zahnhälse ein Rotor angeordnet werden, indem beispielsweise Permanentmagnete angeordnet sind.
Zur Herstellung des Lamellenpakets werden einzelnen Blechlamellen ausgestanzt und mittels den Stanzpaketierungen axial miteinander verpresst. Zur Ausbildung der Stanzpaketierungen wird jede einzelne Blechlamelle mittels eines Stempels axial derart umgeformt, dass im Bereich der Stanzpaketierung das Blechmaterial in eine entsprechende Vertiefung der benachbarten Blechlamelle eingedrückt wird. Die axiale Tiefe dieser Blechumformung kann durch die Form des Stempels bezüglich der Längsrichtung der Stanzpaketierung fertigungstechnisch sehr einfach mit einer veränderlichen Tiefe ausgebildet werden, so dass entsprechend die Stanzpaketierung entlang der Längsrichtung eine veränderliche Tiefe aufweist. In einer bevorzugten Ausführung werden in einem T-förmigen Lamellenpaket genau zwei Stanzpaketierungen im Jochbereich und eine weitere im Zahnschaft angeordnet. Dabei kann der Winkel zwischen der Längserstreckung der Stanzpaketierung im Zahnschaft und der Längserstreckung einer Stanzpaketierung im Jochbereich durch die Ausbildung des Stempels ohne Zusatzaufwand und einem Anordnungswinkel von etwa 100° bis 140° - insbesondere etwa 105° - angeordnet werden. Dadurch werden einerseits die aufeinanderliegenden Blechlamellen sehr exakt zueinander positioniert und der magnetische Fluss im Lamellenpaket möglichst wenig gestört.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1a bis 1c ein Blechlamellenpaket mit Stanzpaketierungen nach dem Stand der Technik,
2a bis 2d ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Blechlamellenpakets,
3 und 4 weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele mit einer Stanzpaketierung im Jochbereich, und
5 schematisch ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels.

In 1a ist ein Lamellenpaket 10 als Stand der Technik dargestellt, bei dem einzelne Blechlamellen 12 in Axialrichtung 20 übereinandergestapelt sind. Die einzelnen Blechlamellen 12 sind mittels Stanzpaketierungen 14 miteinander verbunden, so dass das gesamte Lamellenpaket 10 mit einer elektrischen Spule bewickelt oder mit Permanentmagneten bestückt werden kann. Das Lamellenpaket 10 weist einen Jochbereich 16 auf, der sich in Umfangsrichtung 21 erstreckt. An diesem ist ein Zahnschaft 18 angeformt, der sich in Radialrichtung 22 erstreckt. Eine erste Stanzpaketierung 14 ist im Bereich des Zahnschaftes 18 angeordnet und erstreckt sich mit einer Längserstreckung 24 entlang der Radialrichtung 22. Im Jochbereich 16 sind zwei weitere Stanzpaketierungen 14 angeordnet, deren Längserstreckung 24 näherungsweise einen Winkel von 90° zur Längserstreckung 24 der ersten Stanzpaketierung 14 bildet.
In 1b ist ein Schnitt L - L durch die Stanzpaketierung 14 entlang ihrer Längserstreckung 24 dargestellt. An der Stanzpaketierung 14 sind die Blechlamellen 12 stufenförmig verformt, so dass die Stanzpaketierung 14 näherungsweise eine konstante Tiefe 33 aufweist. Dabei ist an einem ersten Rand 31 und an einem zweiten gegenüberliegenden Rand 32 entlang der Längserstreckung jeweils eine Stufe 35 in den Blechlamellen 12 ausgebildet.
In 1c ist ein Schnitt Q - Q entlang einer Quererstreckung 26 der Stanzpaketierung 14 dargestellt, wobei die Quererstreckung 26 kürzer ausgebildet ist, als die Längserstreckung 24 und näherungsweise in der Ebene zusammen mit der Längserstreckung 24 quer zur Axialrichtung 20 eine rechteckförmige Stanzpaketierung 14 bildet. Entlang der Quererstreckung 26 weist die Stanzpaketierung 14 ebenfalls eine konstante Tiefe 33 auf, wobei an beiden gegenüberliegenden Längsrändern 38 ebenfalls eine Stufe 36 ausgebildet ist.
Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung in 2a ist eine erste Stanzpaketierung 14 mit ihrer Längserstreckung 24 entlang dem Zahnschaft 18 ausgerichtet. Eine zweite Stanzpaketierung 14 ist im Jochbereich 16 angeordnet und bildet mit ihrer Längserstreckung 24 etwa einen Anordnungswinkel 40 von 100° bis 110°. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind im Jochbereich 16 zwei Stanzpaketierungen 14 angeordnet, die etwa symmetrisch zur Radialrichtung 22 ausgerichtet sind. Dabei beträgt ein Tangentialwinkel 42 zwischen den Längserstreckungen 24 der beiden symmetrisch angeordneten Stanzpaketierungen 14 entsprechend 140° bis 160°. Dabei weisen beide Stanzpaketierungen 14 im Jochbereich 16 einen Abstand 43 in Umfangsrichtung 21 zueinander auf, der größer ist, als ein Abstand 41 entlang der Längserstreckung 24 zwischen einer der Stanzpaketierungen 14 zu einer beliebigen Schneidkante 44 des Lamellenpakets 10.
In einer Variante der Ausführung gemäß 2a ist die Tiefe 33 der Stanzpaketierungen 14 nicht konstant ausgebildet, sondern verändert sich entlang der Längserstreckung 24 der Stanzpaketierung 14. Dies ist in 2b in einem Schnitt L - L entlang der Längserstreckung 24 gemäß 2a dargestellt. In 2a ist der Schnitt durch die Stanzpaketierung 14 im Zahnschaft 18 eingezeichnet. Der in 2b dargestellte Schnitt entspricht insbesondere jedoch auch den Stanzpaketierungen 14, die unter dem Anordnungswinkel 40 im Jochbereich 16 angeordnet sind. Am ersten Rand 31 der Stanzpaketierung beginnt die veränderliche Tiefe 66 kontinuierlich entlang der Längserstreckung 24 zu wachsen. Zum gegenüberliegenden zweiten Rand 32 hin wird die veränderliche Tiefe 66 wieder kontinuierlich kleiner, so dass die Stanzpaketierung 14 hier entlang der Längserstreckung 24 keine Stufe 35 und keinen Sprung aufweist. In einem mittleren Bereich 30 zwischen den veränderlichen Tiefen 66 ist hier die Tiefe wieder konstant bezüglich der Längserstreckung 24 ausgebildet. Dadurch sind die einzelnen Blechlamellen 12 entlang der Längserstreckung 24 im Schnitt L - L näherungsweise Badewannen- oder Bananen-förmig ausgeformt. Das Lamellenpaket 10 weist eine Vielzahl von einzelnen Blechlamellen 12 auf, die zur Ausbildung der Stanzpaketierung 14 in gleicher Weise umgeformt sind. Im Ausführungsbeispiel ist in 2b die oberste Blechlamelle 12 an der Stanzpaketierung 14 vollständig ausgestanzt (entspricht Durchstanzung 74), so dass alle weiteren Blechlamellen 12 im von unten nach oben in die benachbarte Blechlamelle 12 axial eingedrückt werden. Die axiale Dicke 13 der Blechlamellen 12 beträgt dabei beispielsweise etwa 0,5 oder 0,7 oder 1,0 mm und die Blechlamellen 12 sind bevorzugt aus einem Elektroblech hergestellt.
Entlang der Quererstreckung 26 ist der Schnitt Q - Q durch die Stanzpaketierung 14 in 2c dargestellt. In Quererstreckung 26 ist die Tiefe 33 wie in 1c etwa konstant ausgebildet. D. h., dass an den beiden gegenüberliegenden Längsrändern 38 die Stanzpaketierung 14 jeweils eine Stufe 36 aufweist, die jedoch bevorzugt näherungsweise quer zu Magnetfeldlinien 55 ausgerichtet ist, die sich im Betrieb einer elektrischen Maschine im Lamellenpaket 10 ausbilden.
Die Magnetfeldlinien 55 im Lamellenpaket 10 sind schematisch in 2d dargestellt. Diese verlaufen im Zahnschaft 18 näherungsweise in Radialrichtung 22. Im Übergangsbereich 54 zum Jochbereich 16 hin teilen sich die Magnetfeldlinien 55 auf, wobei dann ein Teil tangential im rechten Jochbereich 16 und ein anderer Teil tangential im linken Jochbereich 16 verläuft. Dadurch verlaufen die Magnetfeldlinien 55 im Übergangsbereich 54 weder exakt in Radialrichtung 22 noch exakt in Umfangsrichtung 21, sondern bogenförmig vom radialen Zahnschaft 18 in die tangentialen Jochbereiche 16. Die Stanzpaketierungen 14 liegen mit ihrer Längserstreckung 24 möglichst tangential zu den Magnetfeldlinien 55 im Übergangsbereich 54. In Abhängigkeit von dem genauen Abstand 43 zwischen den beiden Stanzpaketierungen 14 im Jochbereich 16, bzw. zum tangentialen Abstand zur Zahnschaftachse 23, ist daher der Anordnungswinkel 40 zwischen der Zahnschaftachse 23 und der Längserstreckung 24 der Stanzpaketierung 14 etwas größer oder kleiner ausgebildet. Ebenso verändert sich der Verlauf der Magnetfeldlinien 55 mit dem Abstand 51 zum radial äußeren Umfang 52 des Jochbereichs 16. Somit kann beispielsweise auch der Anordnungswinkel 40 auch bei kleinerem Abstand 51 der Stanzpaketierung 14 zum äußeren Umfang 52 (bei gleichem tangentialen Abstand 43 zur Zahnschaftachse 23) größer ausgebildet sein, als bei einem größeren Abstand 51. Des Weiteren kann beispielsweise auch der Anordnungswinkel 40 mitwachsendem tangentialen Abstand 43 der Stanzpaketierung 14 zur Zahnschaftachse 23 (bei gleichem radialen Abstand 51 zum äußeren Umfang 52) geringer ausgebildet sein, als bei einem kleineren Abstand 43. Im Ausführungsbeispiel ist am Lamellenpaket 10 am radialen Ende des Zahnschaftes 18 ein Zahnschuh 19 ausgebildet, um beispielsweise die Flussführung zum Luftspalt hin zu beeinflussen. Der Zahnschuh 19 hat hier jedoch nur einen geringen Einfluss auf den Verlauf der Magnetfeldlinien 55 durch die Stanzpaketierungen 14. Das Lamellenpaket 10 ist hier bevorzugt als T-förmiges Statorsegment 11 ausgebildet, auf dessen Zahnschaft 18 eine elektrische Wicklung zur Erzeugung eines Magnetpols gewickelt wird.
In 3 ist eine weitere Ausführung dargestellt, bei der radial gegenüber zu der Stanzpaketierung 14 im Zahnschaft 18 nur eine einzige weitere Stanzpaketierung 14 im Jochbereich 16 ausgebildet ist. Diese Stanzpaketierung 14 ist hier V-förmig ausgebildet und weist zwei Schenkel 60 auf, die näherungsweise entlang den Magnetfeldlinien 55 im Übergangsbereich 54 verlaufen. Die Schenkel 60 weisen wieder Längserstreckungen 24 auf, die größer sind als Quererstreckungen 26 der Schenkel 60. Durch die V-förmige Ausbildung der Stanzpaketierung 14 liegt deren Längserstreckung 24 ebenfalls in etwa entlang der Magnetfeldlinien 55, so dass der magnetische Fluss wenig beeinträchtigt wird. Der Schenkelwinkel 42 zwischen den beiden Schenkeln 60 ist hierbei so gewählt, dass der Anordnungswinkel 40 zwischen der Längserstreckung 24 eines Schenkels 60 der einzigen Stanzpaketierung 14 im Jochbereich 16 und der Längserstreckung 24 der Stanzpaketierung 14 im Zahnschaft 18 etwa 130° bis 170° beträgt. Optional kann die Tiefe 66 der Stanzpaketierung hier auch veränderlich ausgebildet werden, beispielsweise entsprechend einem Schnitt gemäß 2b. Bei dieser Ausführung weist dann beispielsweise ein T-förmiges Statorsegment 11 nur genau zwei Stanzpaketierungen 14 auf.
In 4 ist eine weitere Ausführung dargestellt, bei der radial gegenüber zu der Stanzpaketierung 14 im Zahnschaft 18 ebenfalls nur eine einzige weitere Stanzpaketierung 14 im Jochbereich 16 ausgebildet ist. Diese Stanzpaketierung 14 ist hier dreiecksförmig ausgebildet und weist zwei Seiten 62 eines Dreiecks 63 auf, die näherungsweise entlang den Magnetfeldlinien 55 im Übergangsbereich 54 verlaufen. Die Seiten 62 weisen wieder Längserstreckungen 24 auf, die größer sind als die Quererstreckung 26 der dreieckigen Stanzpaketierung 14 in Umfangsrichtung 21. Ein Dreieckswinkel 46 zwischen den beiden Seiten 62 ist hierbei so gewählt, dass der Anordnungswinkel 40 zwischen der Längserstreckung 24 einer Seite 62 der dreieckigen Stanzpaketierung 14 im Jochbereich 16 und der Längserstreckung 24 der Stanzpaketierung 14 im Zahnschaft 18 etwa 150° bis 170° beträgt. Bevorzugt kann die Tiefe 66 der Stanzpaketierung 14 hier ebenfalls veränderlich entlang der Längserstreckung 24, beziehungsweise entlang der Zahnschaftachse 23 ausgebildet sein, beispielsweise entsprechend einem Schnitt gemäß 2b. Bei dieser Ausführung weist dann beispielsweise ein T-förmiges Statorsegment 11 nur genau zwei Stanzpaketierungen 14 auf. An der Stanzpaketierung 14 im Zahnschaft 18 ist wieder zu erkennen, dass die oberste Blechlamelle 12 vollständig ausgestanzt ist und die darunterliegende Blechlamelle 12 bezüglich der Längserstreckung 24 bogenförmig in die ausgestanzte Aussparung der ersten Blechlamelle 12 axial eingedrückt ist. Die Stanzpaketierungen 14 im Jochbereich 16 können in gleicher Weise ausgebildet sein - die dreieckige ,(4) oder die V-förmige (3) oder die rechteckige (2a) Stanzpaketierung 14.
In 5 ist vergrößert eine weitere Ausführung und die Herstellung einer Stanzpaketierung 14 an einem axialen Stirnseite 70 des Lamellenpakets 10 dargestellt. Dabei ist ausgehend von der Stirnseite 70 zumindest in einer ersten Blechlamelle 71 oder optional auch in einer zweiten oder weiteren Blechlamelle 72 eine vollständige Durchstanzung 74 im Bereich der Stanzpaketierung ausgestanzt. Die Stanzpaketierung 14 ist dann durch die Umformung der darauffolgenden Lamellenbleche 73 axial in die Durchstanzung 74 des zumindest ersten Lamellenblechs 71 hinein ausgebildet. Alle folgenden Blechlamellen 73 werden dann immer in die entsprechende axiale Vertiefung 77 der vorherigen Blechlamelle 73 hinein umgeformt. Im Ausführungsbeispiel ist dabei die veränderliche Tiefe 66 der Stanzpaketierung 14 größer, als die Dicke 13 einer einzigen Blechlamelle 12. Das bedeutet, dass Material der einen Blechlamelle 73 axial in den Bereich der übernächsten Blechlamelle 73, 72, 71 eingedrückt wird. Die veränderliche Tiefe ist in 5 wieder entlang der Längserstreckung 24 der Stanzpaketierung 14 dargestellt, und verändert sich in dieser Ausführung kontinuierlich über die gesamte Längserstreckung 24. Dabei ist die Umformung der Blechlamellen 12 bevorzugt kontinuierlich gewölbt ausgebildet, kann jedoch auch entsprechend 2b mit einem mittleren Bereich 30 konstanter Tiefe 33 ausgebildet werden. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführung kann die Tiefe 66 der Stanzpaketierung größer als die Dicke 13 zweier Blechlamellen 12 ausgebildet sein, wobei das Material der einen Blechlamelle 12 axial bis in die drittnächste Blechlamelle 12 hineingedrückt wird. Zur Herstellung des Lamellenpakets 10 werden bevorzugt beim Ausstanzen der Blechlamellen 12 Ausformungen der Stanzpaketierung 14 mittels eines Stempels mit ausgeformt. Anschließend wird die Blechlamelle 12 mit der Ausformung in die entsprechende Vertiefung 77 der Stanzpaketierung 14 der benachbarten Blechlamelle 12 verpresst.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung der Blechlamellen 12, die Anordnung und Anzahl der Zahnhälse 18, sowie die Ausbildung der Jochbereiche 16 entsprechend variiert werden, insbesondere kann der Stator oder Rotor auch als Vollschnitt ausgebildet werden. Ebenso kann die exakte Lage und Ausbildung der Stanzpaketierungen 14 an die Geometrie der Blechlamellen 12 und an die Anforderungen der elektrischen Maschine und deren Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29830009658 U [0002]

Claims

Lamellenpaket (10) zur Ausbildung magnetischer Pole einer elektrischen Maschine - insbesondere eines Stators oder Rotors -, mit einzelnen axial aufeinander geschichteten Blechlamellen (12), die mittels Stanzpaketierungen (14) axial miteinander verbunden sind, wobei die Stanzpaketierungen (14) eine Längserstreckung (24) aufweisen, die größer ist als deren Quererstreckung (26), wobei mindestens eine Stanzpaketierung (14) mit ihrer Längserstreckung (24) entlang einer radialen Zahnschaftachse (23) des Lamellenpakets (10) angeordnet ist, und mindestens eine weitere Stanzpaketierung (14) in einem Jochbereich (16) des Lamellenpakets (10) mit seiner Längserstreckung (24) näherungsweise entlang von Magnetfeldlinien (55) angeordnet ist, die sich im Lamellenpaket (10) ausbilden.
Lamellenpaket (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung (24) der mindestens einen Stanzpaketierung (14) im Jochbereich (16) einen Anordnungswinkel (40) zur Längserstreckung (24) der Stanzpaketierung (14) im Zahnschaft (18) von 100° bis 170° - insbesondere 100° bis 110° bildet.
Lamellenpaket (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (43) einer Stanzpaketierung (14) im Jochbereich (16) zur Zahnschaftachse (23) etwa gleich groß ist, wie der Abstand (41) der Stanzpaketierung (14) in Richtung der Längserstreckung (24) bis zu einer Schnittkante (44) des Lamellenpakets (10).
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzpaketierungen (14) entlang ihrer Längserstreckung (24) eine variable Tiefe (66) in Axialrichtung (20) aufweisen.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (66) der Stanzpaketierung (14) einer Umformung der einzelnen Blechlamellen (12) in Axialrichtung (20) entspricht, wobei die Tiefe (66) entlang ihrer Längserstreckung (24) vom einem ersten Rand (31) der Stanzpaketierung (14) näherungsweise konstant zunimmt und zum gegenüberliegenden Rand (32) wieder näherungsweise konstant abnimmt - und insbesondere dazwischen in Richtung der Längserstreckung (14) einen Bereich (30) etwa konstanter Tiefe (33) aufweist.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzpaketierungen (14) entlang ihrer Quererstreckung (26) eine näherungsweise konstante Tiefe (33) in Axialrichtung (20) aufweisen, die insbesondere stufenartige Längsränder (38) quer zur Quererstreckung (26) aufweisen.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Tiefe (66) der Stanzpaketierung (14) in Axialrichtung (20) geringer ist als eine axiale Dicke (13) der einzelnen Blechlamellen (12).
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Tiefe (66) der Stanzpaketierung (14) in Axialrichtung (20) größer ist als die axiale Dicke (13) der einzelnen Blechlamellen (12), und die Umformung einer ersten Blechlamelle (12) in Axialrichtung (20) in die übernächste - und insbesondere in eine axial auf die übernächste folgende - Blechlamelle (12) hineinragt.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Stanzpaketierungen (14) quer zur Axialrichtung (20) V-förmig ausgebildet ist, und zwei Schenkel (60) mit jeweils einer Längserstreckung (24) aufweist, die einen Tangentialwinkel (42) zueinander bilden - wobei insbesondere der Tangentialwinkel (42) 20° bis 50° beträgt.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Stanzpaketierungen (14) näherungsweise dreieckförmig ausgebildet ist, und zwei Seiten (62) mit jeweils einer Längserstreckung (24) aufweist, die einen Dreieckswinkel (46) - insbesondere von 10° bis 40° - zueinander bilden.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel (60) oder die beiden Seiten (62) symmetrisch zur radialen Zahnschaftachse (23) ausgerichtet sind, und vorzugsweise die Tiefe (66) deren Längserstreckung (24) veränderlich ausgebildet ist.
Lamellenpaket (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket (10) näherungsweise als T-Segment (11) ausgebildet ist, das einen tangentialen Jochbereich (16) aufweist, von dem sich radial mindestens ein Zahnschaft (18) erstreckt, der vorzugsweise mit einer elektrischen Wicklung zur Ausbildung des Magnetpols bewickelt ist.
Stator (80) oder Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einem oder mehreren Lamellenpaketen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgebaut ist.
Elektrische Maschine (12) mit einem Stator (80) oder Rotor nach Anspruch 13, wobei insbesondere der Stator (80) aus einzelnen, als T-Segmente (11) ausgebildeten Lamellenpaketen (10) zusammengesetzt ist, und die einzelnen T-Segmente (11) mit elektrischen Wicklungen bewickelt sind, die mittels einer Steuerelektronik elektronisch kommutierbar ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Lamellenpakets (10) insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüchen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Ausstanzen einzelner Blechlamellen (12), jeweils mit einem Jochbereich (16) und einem sich radial davon erstreckenden Zahnschaft (18) - Axiales Verbinden der einzelnen Blechlamellen (12) mittels Stanzpaketierungen (14) - Ausbilden von mindestens zwei Stanzpaketierungen (14) im Lamellenpaket (10) durch axiales Umformen der einzelnen Blechlamellen (12), so dass Material einer ersten Blechlamelle (12) axial in eine zweite darunter angeordnete Blechlamelle (12) formschlüssig hineinragt - Wobei eine axiale Tiefe (66) der Umformung einer einzelnen Blechlamelle (12) sich entlang einer Längsrichtung (24) der Stanzpaketierung (14) verändert, insbesondere zuerst kontinuierlich zunimmt und anschließend wieder kontinuierlich abnimmt - Und vorzugsweise zumindest eine Stanzpaketierung (14) im Jochbereich (16) angeordnet wird, deren Längserstreckung (24) einen Anordnungswinkel (40) von 100° bis 140° - insbesondere von 100° bis 110° - zur Längserstreckung (24) einer weiteren Stanzpaketierung (14) im Zahnschaft (18) aufweist.