DE102021133243A1 - Blechpaketabschnitt mit Filigrangeflecht, Verfahren zum Herstellen eines Blechpaketabschnittes, Blechpaket, Aktivteil und elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Blechpaketabschnitt (5) für ein Blechpaket (2) eines Aktivteils (1) einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, welcher Flusssperren (7) zum Beeinflussen eines magnetischen Flusses einer von dem Blechpaket (2) gehaltenen magnetfelderzeugenden Komponente (3) aufweist, wobei die Flusssperren (7) als mit einem Filigrangeflecht (8) durchzogene Kavitäten (9) ausgebildet sind, wobei durch die Filigrangeflechte (8) der Kavitäten (9) Stützstrukturen (11) des Blechpaketabschnittes (5) zum Erhöhen einer mechanischen Stabilität des Blechpakets (2) ausgebildet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Blechpaketabschnitt für ein Blechpaket eines Aktivteils einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, welcher Flusssperren zum Beeinflussen eines magnetischen Flusses einer von dem Blechpaket gehaltenen magnetfelderzeugenden Komponente aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Blechpaketabschnittes, ein Blechpaket, ein Aktivteil sowie eine elektrische Maschine.
• Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Traktionsmaschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Solche elektrischen Maschinen weisen üblicherweise zwei Aktivteile in Form von einem Stator und einem Rotor auf. Die Aktivteile weisen jeweils einen Aktivteilkern zum Halten einer magnetfelderzeugenden Komponente des jeweiligen Aktivteils und zum Leiten eines magnetischen Flusses der jeweiligen magnetfelderzeugenden Komponente auf. Der Aktivteilkern kann beispielsweise als ein Blechpaket aus axial gestapelten und mechanisch miteinander verbundenen Blechpaketabschnitten in Form von gestanzten Elektroblechlamellen ausgebildet sein.
• Ein Verlauf einer von den magnetfelderzeugenden Komponenten erzeugten magnetischen Flussdichte innerhalb eines Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator beeinflusst ein Verhalten der elektrischen Maschine. Dabei ist ein sinusförmiger Verlauf der magnetischen Flussdichte über einen elektrischen Winkel ideal. Beispielsweise beeinflussen magnetische Streuflüsse der magnetfelderzeugenden Komponenten den qualitativen und quantitativen Verlauf der magnetischen Luftspaltflussdichte, da sie die nutzdrehmomentbildende, sinusförmige Grundharmonische mit Oberwellen überlagern. Diese Oberwellen sind verantwortlich für eine zusätzliche Verlustleistung in den Aktivteilen und damit für eine zusätzliche Erwärmung der elektrischen Maschine. Außerdem verursachen die harmonischen Oberwellen zusätzliche Welligkeiten bzw. Ungleichförmigkeiten im Drehmoment.
• Um dies zu verhindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Flusssperren, beispielsweise luftgefüllte Kavitäten, im Blechpaket auszubilden, welche dazu ausgelegt sind, den magnetischen Fluss zu beeinflussen, beispielsweise indem sie den magnetischen Streufluss unterbinden. Solche Kavitäten werden beispielsweise beim Stanzen der Elektroblechlamellen ausgebildet. Dabei weisen die Kavitäten jedoch eine stanzbedingte Mindestgröße auf, durch welche eine mechanische Stabilität des Blechpakets und damit des Aktivteils verringert wird.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aktivteil mit reduzierten magnetischen Streuflüssen sowie einer hohen mechanischen Stabilität bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Blechpaketabschnitt, ein Verfahren, ein Blechpaket, ein Aktivteil sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
• Ein erfindungsgemäßer Blechpaketabschnitt für ein Blechpaket eines Aktivteils einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug weist Flusssperren zum Beeinflussen eines magnetischen Flusses einer von dem Blechpaket gehaltenen magnetfelderzeugenden Komponente auf. Die Flusssperren sind als mit einem Filigrangeflecht durchzogene Kavitäten ausgebildet, wobei durch die Filigrangeflechte der Kavitäten Stützstrukturen des Blechpaketabschnittes zum Erhöhen einer mechanischen Stabilität des Blechpakets ausgebildet sind.
• Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Blechpaketabschnitts. Dabei werden eine Paste, welche ein Metallpulver und ein Bindemittel aufweist, und eine Druckform bereitgestellt, wobei die Druckform mit der Paste geflutet wird. Zur Formgebung des Blechpaketabschnittes wird mittels einer Rakel die Paste durch die Druckform gestrichen, wobei dabei mittels der Druckform die mit dem Filigrangeflecht durchzogene Kavitäten ausgebildet werden. Die geformte Paste wird ausgehärtet und ein Grünling ausgebildet. Die Schritte des Flutens, Rakelns und Aushärtens können so oft wiederholt werden, bis der Grünling die gewünschte Materialdicke aufweist. Zur Ausbildung des Blechpaketabschnittes wird der Grünling zunächst entbindert und anschließend gesintert.
• Ferner gehören zur Erfindung ein Blechpaket mit zumindest einem erfindungsgemäßen Blechpaketabschnitt sowie ein Aktivteil mit einem erfindungsgemäßen Blechpaket sowie mit einer magnetfelderzeugenden Komponente zur Erregung eines magnetischen Flusses. Das Aktivteil ist insbesondere ein Rotor und weist als die magnetfelderzeugende Komponente Permanentmagnete auf, welche vorzugsweise in das Blechpaket eingebettet sind. Außerdem weist das Blechpaket die Flusssperren auf, welche dazu ausgelegt sind, den magnetischen Fluss zu beeinflussen. Beispielsweise können die Flusssperren einen Streuflussanteil des magnetischen Flusses umlenken oder unterbinden oder den magnetischen Fluss zum Einstellen eines Verlaufes der Luftspaltflussdichte bündeln und lenken. Das Blechpaket besteht dabei insbesondere aus mehreren erfindungsgemäßen, axial gestapelten und mechanisch verbundenen Blechpaketabschnitten, beispielsweise Elektroblechlamellen. Die Blechpaketabschnitte sind dabei insbesondere mittels eines 3D-Siebdruckverfahrens hergestellt.
• Dabei wird die metallische Paste durch die Druckform, beispielweise ein Sieb, auf eine Trägerplatte gestrichen. Die Druckform definiert ein Layout des Blechpaketabschnittes und weist für die Druckpaste unpassierbare Stellen auf. Aufgrund dieser Stellen werden Aussparungen in der geformten Druckpaste auf der Trägerplatte ausgebildet, welche beispielsweise Hohlräume zu Aufnehmen der Permanentmagnete und die Kavitäten zum Ausbilden der Flusssperren ausbilden. Um dabei eine kavitätenbedingte Reduzierung der mechanischen Steifigkeit des späteren Blechpaketabschnittes zu kompensieren, werden die Kavitäten mit jeweils einem Filigrangeflecht durchzogen. Das Filigrangeflecht wird als ein feinmaschiges Netz aus dünnen, fadenartigen Pastenabschnitten auf der Trägerplatte gefertigt, welche nach Aushärten der Paste und Sintern des Grünlings dünne Stützstege in dem Blechpaketabschnitt ausbilden. Die Stützstege bilden eine festigkeitserhöhende Stützstruktur aus. Durch das Filigrangeflecht wird die Kavität in eine Vielzahl von Teilkavitäten unterteilt, welche von den Stützstegen begrenzt werden. Die Stützstege der Stützstruktur weisen dabei insbesondere eine Wandstärke von weniger als 1 mm auf. Das Filigrangeflecht kann eine beliebige, beispielsweise hexagonale, rechteckförmige oder dreieckförmige, Geometrie aufweisen.
• Auch kann vorgesehen sein, dass der Grünling und damit der Blechpaketabschnitt einen Schichtstapel aus zumindest zwei unterschiedlichen Materialien aufweisen. So kann beispielsweise zunächst die metallische Paste durch die Druckform auf die Trägerplatte gedruckt und ausgehärtet werden und dann eine, ein Isolationsmaterial aufweisende Paste durch die Druckform auf die metallische Paste aufgedruckt und ausgehärtet werden. Der den Schichtstapel aufweisende Grünling kann dann gesintert werden. Auch kann das gedruckte Blech während oder im Anschluss an die Wärmebehandlung zum Sintern so wärmebehandelt werden, dass sich eine isolierende Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht, ausbildet. Beispielsweise kann dazu ein Reaktivgas in einen die Wärmebehandlung durchführenden Wärmebehandlungsofen eingeleitet werden oder die Wärmebehandlung unter normaler Atmosphäre durchgeführt werden.
• Zur Erfindung gehört außerdem eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Aktivteil aufweist. Die elektrische Maschine fungiert insbesondere als Antriebsmaschine für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug.
• Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Blechpaketabschnitt vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren, für das erfindungsgemäße Blechpaket, für das erfindungsgemäße Aktivteil sowie für die erfindungsgemäße elektrische Maschine.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
• Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Querschnittdarstellung eines Ausschnitts eines Aktivteils 1.
• Das Aktivteil 1 ist im vorliegenden Fall als ein Rotor ausgebildet und weist ein Blechpaket 2 auf. Das Blechpaket 2 hält eine magnetfelderzeugende Komponente 3, welche hier Permanentmagnete 4 aufweist. Das Blechpaket 2 ist aus einzelnen Blechpaketabschnitten 5 ausgebildet, welche axial gestapelt werden und welche jeweils mittels 3D-Siebdruck hergestellt sind. Die Blechpaketabschnitte 5 weisen dabei Hohlräume 6 auf, in welchen die Permanentmagnete 4 angeordnet sind. Außerdem weisen die Blechpaketabschnitte 5 Flusssperren 7 auf, welche als gasgefüllte, mit jeweils einen Filigrangeflecht 8 durchzogene Kavitäten 9 ausgebildet sind. Die Flusssperren 7 beeinflussen einen magnetischen Fluss der Permanentmagnete 4 und damit einen Verlauf der magnetischen Flussdichte in einem, an eine Außenseite 10 des Blechpakets 2 angrenzenden Luftspalt.
• Das Filigrangeflecht 8 ist einstückig mit dem Blechpaketabschnitt 5 ausgebildet und ist durch ein feinmaschiges Geflecht aus Stützstegen, welche beispielsweise hexagonal oder quadratisch angeordnet sein können, gebildet. Dadurch bildet das Filigrangeflecht 8 eine Stützstruktur 11 aus, durch welche eine mechanische Stabilität des Blechpaketabschnittes 5 und damit des gesamten Blechpakets 2 erhöht wird.

Claims (9)

1. Blechpaketabschnitt (5) für ein Blechpaket (2) eines Aktivteils (1) einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, welcher Flusssperren (7) zum Beeinflussen eines magnetischen Flusses einer von dem Blechpaket (2) gehaltenen magnetfelderzeugenden Komponente (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssperren (7) als mit einem Filigrangeflecht (8) durchzogene Kavitäten (9) ausgebildet sind, wobei durch die Filigrangeflechte (8) der Kavitäten (9) Stützstrukturen (11) des Blechpaketabschnittes (5) zum Erhöhen einer mechanischen Stabilität des Blechpakets (2) ausgebildet sind.
2. Blechpaketabschnitt (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filigrangeflechte (8) eine hexagonale, rechteckförmige oder dreieckförmige Geometrie aufweisen.
3. Blechpaketabschnitt (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Stützstege der Stützstruktur (11) eine Wandstärke von weniger als 1 mm aufweisen.
4. Verfahren zum Herstellen eines Blechpaketabschnitts (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Paste, welche ein Metallpulver und ein Bindemittel aufweist, b) Fluten einer Druckform mit der Paste, c) Streichen der Paste durch die Druckform mittels einer Rakel zur Formgebung des Blechpaketabschnittes (5), wobei dabei mittels der Druckform die mit den Filigrangeflechten (8) durchzogenen Kavitäten (9) ausgebildet werden, d) Aushärten der geformten Paste unter Ausbildung eines Grünlings, e) Sintern des Grünlings unter Ausbildung des Blechpaketabschnittes (5), wobei die Schritte b), c) und d) zumindest einmal durchgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt e) eine weitere Paste, welche ein Isolationsmaterial aufweist, durch die Druckform auf die das Metallpulver ausweisende, ausgehärtete Paste gestrichen und ausgehärtet wird, sodass der Grünling als ein Schichtstapel aus zumindest einer metallischen Schicht und einer Isolationsschicht gebildet wird.
6. Blechpaket (2) für ein Aktivteil (1) einer elektrischen Maschine, welches zumindest einen Blechpaketabschnitt (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
7. Aktivteil (1) für eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket (2) nach Anspruch 6 und mit einer magnetfelderzeugenden Komponente (3).
8. Aktivteil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivteil (1) ein Rotor ist.
9. Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Aktivteil (1) nach Anspruch 7 oder 8.

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