DE102022002673A1 - Method for adjusting a magnetic property of a pole plate for an electrical machine, as well as pole plate and electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer magnetischen Eigenschaft eines Polblechs (6) für eine elektrische Maschine (1), wobei- das Polblech (6) einteilig gebildet ist und zwei Polschuhabschnitte (8) mit einem dazwischenliegenden Polzahnabschnitt (7) aufweist, und- die zwei Polschuhabschnitte (8) eine magnetische anisotrope Materialeigenschaft aufweisen, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:- Einbringen einer thermischen Energie in zumindest einen Teilbereich (12) zumindest eines der beiden Polschuhabschnitte (8), und- Umwandeln der magnetisch anisotropen Materialeigenschaft des Teilbereichs (12) des zumindest einen Polschuhabschnitts (8) in eine magnetische isotrope Materialeigenschaft abhängig von der eingebrachten thermischen Energie.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Polblech (6) und eine elektrische Maschine (1).The invention relates to a method for adapting a magnetic property of a pole plate (6) for an electrical machine (1), wherein - the pole plate (6) is formed in one piece and has two pole shoe sections (8) with a pole tooth section (7) in between, and - the two pole shoe sections (8) have a magnetic anisotropic material property, the following steps being carried out: - introducing thermal energy into at least a partial area (12) of at least one of the two pole shoe sections (8), and - converting the magnetically anisotropic material property of the partial area (12 ) of the at least one pole piece section (8) into a magnetic isotropic material property depending on the thermal energy introduced. The invention further relates to a pole plate (6) and an electrical machine (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer magnetischen Eigenschaft eines Polblechs für eine elektrische Maschine.The invention relates to a method for adjusting a magnetic property of a pole plate for an electrical machine.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Polblech für einen elektrischen Pol einer elektrischen Maschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Stapel an Polblechen.The invention further relates to a pole plate for an electrical pole of an electrical machine. The invention further relates to an electrical machine with a stack of pole plates.
Elektrische Maschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen, können in unterschiedlichsten und anspruchsvollsten technischen Anwendungsgebieten verwendet werden. Beispielsweise kommt elektrischen Maschinen eine zentrale Aufgabe in der Automobilindustrie, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, zu.Electrical machines, especially rotating electrical machines, can be used in a wide variety of demanding technical applications. For example, electrical machines play a central role in the automotive industry, especially when used in motor vehicles.
Besonders von Bedeutung ist der Einsatz von elektrischen Maschinen als Antriebsaggregat beziehungsweise als Traktionsmotor in Betriebsfahrzeugen oder in Elektrofahrzeugen.The use of electric machines as drive units or as traction motors in company vehicles or in electric vehicles is particularly important.
Die elektrischen Maschinen bestehen vor allem aus einem Rotor und einem Stator. Hierbei kann der Stator aus einer Vielzahl von Einzelzähnen beziehungsweise Statorzähnen aufgebaut sein. Ein solcher Einzelzahn beziehungsweise Statorzahn besteht beispielsweise aus einem Polkern und zwei Polschuhen.Electric machines mainly consist of a rotor and a stator. The stator can be constructed from a large number of individual teeth or stator teeth. Such a single tooth or stator tooth consists, for example, of a pole core and two pole shoes.
Im Stand der Technik sind Maßnahmen zur Beeinflussung der Eigenschaft von Materialien zur Magnetfeldführung bekannt. Hierbei können Materialien untereinander verschiedenst kombiniert werden, wie es beispielsweise aus der
Ferner ist aus der
Solche elektrischen Maschinen und deren Einzelbauteile des Stands der Technik weisen bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften eine Inhomogenität auf, welche sich negativ auf die Effizienz der elektrischen Maschine auswirken kann.Such electrical machines and their individual components of the prior art have an inhomogeneity in terms of their magnetic properties, which can have a negative effect on the efficiency of the electrical machine.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Polblech beziehungsweise mehrere Polbleche einer elektrischen Maschine derart zu bearbeiten, sodass insbesondere die Eisenverluste beziehungsweise Gesamteisenverluste der elektrischen Maschine reduziert werden können.Therefore, an object of the present invention is to process a pole plate or several pole plates of an electrical machine in such a way that in particular the iron losses or total iron losses of the electrical machine can be reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Polblech sowie eine elektrische Maschine gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This task is solved by a method, a pole plate and an electrical machine according to the independent patent claims. Useful further training results from the dependent patent claims.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer magnetischen Eigenschaft eines Polblechs für eine elektrische Maschine, wobei
- - das Polblech einteilig gebildet ist und zwei Polschuhabschnitte mit einem dazwischenliegenden Polzahnabschnitt aufweist, und
- - die zwei Polschuhabschnitte eine magnetische anisotrope Materialeigenschaft aufweisen, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
- - Einbringen einer thermischen Energie in zumindest einen Teilbereich zumindest eines der beiden Polschuhabschnitte, und
- - Umwandeln der magnetisch anisotropen Materialeigenschaft des Teilbereichs des zumindest einen Polschuhabschnitts in eine magnetische isotrope Materialeigenschaft abhängig von der eingebrachten thermischen Energie.
- - the pole plate is formed in one piece and has two pole shoe sections with a pole tooth section in between, and
- - the two pole shoe sections have a magnetic anisotropic material property, the following steps being carried out:
- - Introducing thermal energy into at least a portion of at least one of the two pole shoe sections, and
- - Converting the magnetically anisotropic material property of the portion of the at least one pole piece section into a magnetic isotropic material property depending on the thermal energy introduced.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann das Polblech und insbesondere alle Polbleche einer elektrischen Maschine derart angepasst beziehungsweise verändert beziehungsweise bearbeitet werden, dass die Eisenverluste beziehungsweise die Gesamtverluste der elektrischen Maschine reduziert werden können. Dies hat vor allem bei dem Einsatz der elektrischen Maschine in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug den Vorteil, dass vor allem die elektrische Reichweite des Fahrzeuges erhöht werden kann und die elektrische Maschine, welche beispielsweise als Antriebsaggregat des Fahrzeugs dient, eine höhere Leistung erzielen kann. Dies wird vor allem dadurch erreicht, indem eine, insbesondere örtliche, Modifikation des Polblechs erfolgt. Des Weiteren kann durch die Umwandlung der magnetisch anisotropen Materialeigenschaft des Teilbereichs in eine magnetisch isotrope Materialeigenschaft eine lokale Modifikation des Werkstoffs in diesem Teilbereich erfolgen. Dadurch kann die Materialeigenschaft, insbesondere die magnetische Materialeigenschaft, so beeinflusst werden, dass bei einem Betrieb der elektrischen Maschine ein magnetischer Fluss im Gesamtaufbau der elektrischen Maschine und insbesondere in diesem Teilbereich homogenisiert werden kann. Dadurch können vor allem Hotspots, also Bereiche, welche eine negative magnetische Eigenschaft beziehungsweise Störeinflüsse hervorrufen, minimiert werden. Somit können die Gesamtverluste und insbesondere die Gesamteisenverluste der elektrischen Maschine reduziert werden.With the proposed method, the pole plate and in particular all pole plates of an electrical machine can be adapted or changed or processed in such a way that the iron losses or the total losses of the electrical machine can be reduced. This has the advantage, especially when using the electric machine in an electrically powered vehicle, that the electric range of the vehicle can be increased and the electric machine, which serves, for example, as the drive unit of the vehicle, can achieve higher performance. This is achieved primarily by modifying the pole plate, particularly locally. Furthermore, by converting the magnetically anisotropic material property of the partial area into a magnetically isotropic material property, a local modification of the material in this partial area can take place. As a result, the material property, in particular the magnetic material property, can be influenced in such a way that when the electrical machine is operating, a magnetic flux can be homogenized in the overall structure of the electrical machine and in particular in this sub-area. In this way, hotspots in particular, i.e. areas that cause negative magnetic properties or interference, can be minimized. The total losses and in particular the total iron losses of the electrical machine can thus be reduced.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens kann ein Magnetisierungsverhalten der elektrischen Maschine unanfälliger für betriebsbedingte Einflüsse, wie Drehzahlanforderungen und/oder Drehmomentanforderungen der elektrischen Maschine, optimiert werden. Insbesondere kann mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens ein lokales Anpassen beziehungsweise Verändern einer magnetischen Eigenschaft, einer magnetischen Materialeigenschaft, einer Stoffeigenschaft und/oder eines magnetischen Flusses eines Polblechs durchgeführt werden.Using the proposed method, magnetization behavior of the electrical machine can be optimized to make it less susceptible to operational influences, such as speed requirements and/or torque requirements of the electrical machine. In particular, the proposed method can be used to locally adapt or change a magnetic property, a magnetic material property, a material property and/or a magnetic flux of a pole plate.
Durch das einteilig beziehungsweise einstückig gebildete Polblech, welches aus einem Werkstoff beziehungsweise einem Elektroblech gebildet werden kann, kann ein Polzahn derart gebildet werden, sodass dieser effizienter hergestellt werden kann und niedrigere Herstellungskosten verursacht.Through the one-piece or integrally formed pole plate, which can be formed from a material or an electrical sheet, a pole tooth can be formed in such a way that it can be manufactured more efficiently and causes lower manufacturing costs.
Bei dem Polblech kann es sich um ein Polblech eines Polzahns beziehungsweise eines Polelements beziehungsweise eines Statorzahns handeln. Somit können vor allem durch mehrere Polbleche durch Stapelung dieser ein Polzahn beziehungsweise ein Einzelzahn der elektrischen Maschine gebildet werden.The pole plate can be a pole plate of a pole tooth or a pole element or a stator tooth. This means that a pole tooth or an individual tooth of the electrical machine can be formed, especially by stacking several pole plates.
Das Polblech kann beispielsweise in einem Herstellungsschritt beziehungsweise einem Herstellungsprozessschritt aus einem Material beziehungsweise einem Werkstoff gleichzeitig hergestellt werden. Der Polzahnabschnitt kann beispielsweise ein Blechschnitt beziehungsweise ein anteiliger Schnitt eines Polzahns beziehungsweise eines Polzahnkerns beziehungsweise eines Polzahngrundkörpers sein. Bei den Polabschnitten handelt es sich um einzelne Schnitte beziehungsweise Blechschnitte von Polschuhen des Polzahns. Durch einen Stapel von mehreren Polblechen kann ein Polzahn der elektrischen Maschine gebildet werden. Mithilfe eines Polzahns kann vor allem ein elektrischer Pol der elektrischen Maschine bereitgestellt beziehungsweise gebildet werden.The pole plate can, for example, be manufactured simultaneously from one material or one material in a manufacturing step or a manufacturing process step. The pole tooth section can be, for example, a sheet metal cut or a partial cut of a pole tooth or a pole tooth core or a pole tooth base body. The pole sections are individual cuts or sheet metal cuts from pole pieces of the pole tooth. A pole tooth of the electrical machine can be formed by a stack of several pole plates. With the help of a pole tooth, an electrical pole of the electrical machine can be provided or formed.
Die zwei Polschuhabschnitte weisen als Grundwerkstoff einen solchen auf, welcher eine magnetisch anisotrope Materialeigenschaft aufweist. Hierzu kann beispielsweise ein Elektroblech verwendet werden. Insbesondere können Weichmagnetwerkstoffe verwendet werden. Bei der magnetisch anisotropen Materialeigenschaft kann es sich um eine kornorientierte Eigenschaft handeln. Somit können die zwei Polschuhabschnitte als kornorientiertes Elektroblech ausgebildet sein.The two pole shoe sections have a base material that has a magnetically anisotropic material property. For example, an electrical sheet can be used for this. In particular, soft magnetic materials can be used. The magnetically anisotropic material property can be a grain-oriented property. The two pole shoe sections can therefore be designed as a grain-oriented electrical sheet.
Unter einer magnetischen anisotropen Materialeigenschaft kann ein richtungsunabhängiges Werkstoffverhalten verstanden werden. Hierbei kann eine ausgeprägte kristallografische Textur vorliegen, sodass eine magnetische Vorzugsrichtung in Walzrichtung vorgegeben sein kann. Dementsprechend weisen eine solche anisotrope Materialeigenschaft und somit die zwei Polabschnitte eine geringere Verlustleistung in Vorzugsrichtung auf. Vor allem liegt hier eine homogene Verteilung der Kornstruktur vor. Dabei kann beispielsweise dort eine Korngröße größer 1000 Mikrometer sein. Die Blechdicke der Polschuhabschnitte kann hierbei zwischen 0,1 und 0,3 Millimeter optional liegen. Insbesondere können somit die zwei Polschuhabschnitte sehr gute Eigenschaften in einer Richtung, insbesondere in Walzrichtung, aufweisen.A magnetic anisotropic material property can be understood as a direction-independent material behavior. A pronounced crystallographic texture can be present here, so that a preferred magnetic direction in the rolling direction can be specified. Accordingly, such an anisotropic material property and thus the two pole sections have a lower power loss in the preferred direction. Above all, there is a homogeneous distribution of the grain structure. For example, a grain size there can be larger than 1000 micrometers. The sheet metal thickness of the pole piece sections can optionally be between 0.1 and 0.3 millimeters. In particular, the two pole shoe sections can therefore have very good properties in one direction, in particular in the rolling direction.
Durch das Einbringen beziehungsweise Aufbringen beziehungsweise Erzeugen der thermischen Energie, bei welcher es sich insbesondere um eine spezifisch vorgegebene thermische Energie, wie zum Beispiel einen spezifischen Wärmeeintrag, handeln kann, kann die magnetische Materialeigenschaft des zumindest einen Teilbereich verändert werden. Insbesondere kann die thermische Energie während eines Herstellungsprozesses des Polbleches oder anschließend an einen Herstellungsprozess erfolgen. Insbesondere kann es sich bei dem Teilbereich um einen Bereich in einem jeweiligen Polschuhabschnitt handeln, welcher eine negative magnetische Eigenschaft aufweist. Durch das Einbringen der thermischen Energie in den zumindest einen Teilbereich oder in mehrere Teilbereiche, welche beispielsweise ein Außenbereich des Polblechs oder ein magnetischer Hotspot des Polblechs sein kann, kann die magnetisch anisotrope Materialeigenschaft des Teilbereichs in eine magnetisch isotrope Materialeigenschaft umgewandelt beziehungsweise modifiziert beziehungsweise manipuliert werden.By introducing or applying or generating the thermal energy, which can in particular be a specifically predetermined thermal energy, such as a specific heat input, the magnetic material property of the at least one partial area can be changed. In particular, the thermal energy can occur during a manufacturing process of the pole sheet or after a manufacturing process. In particular, the partial area can be an area in a respective pole shoe section which has a negative magnetic property. By introducing the thermal energy into the at least one subregion or into several subregions, which can be, for example, an outer area of the pole plate or a magnetic hotspot of the pole plate, the magnetically anisotropic material property of the subregion can be converted or modified or manipulated into a magnetically isotropic material property.
Bei der isotropen Materialeigenschaft handelt es sich um ein richtungsunabhängiges Werkstoffverhalten in diesem Teilbereich. Somit kann es sich bei dem Teilbereich nun nach der Umwandlung um ein nicht-kornorientiertes Elektroblech beziehungsweise um einen nicht-kornorientierten Elektroblechabschnitt handeln. Eine solche isotrope Materialeigenschaft kann so definiert werden, dass der jeweilige Bereich beziehungsweise Materialbereich eine nicht-kristallografische Textur auf und somit weist dieser Teilbereich keine magnetische Vorzugsrichtung auf. Des Weiteren befindet sich nach der Umwandlung in den Teilbereich eine regellose Verteilung der Kornstruktur. In diesem umgewandelten Teilbereich kann eine Korngröße von 60 Mikrometer bis 200 Mikrometer vorliegen. Die Blechdicke bleibt unverändert beispielsweise zwischen 0,1 und 0,3 Millimeter.The isotropic material property is a direction-independent material behavior in this sub-area. Thus, after the conversion, the partial area can now be a non-grain-oriented electrical sheet or a non-grain-oriented electrical sheet section. Such an isotropic material property can be defined in such a way that the respective area or material area has a non-crystallographic texture and therefore this sub-area does not have a preferred magnetic direction. Furthermore, after the transformation into the partial area, there is an irregular distribution of the grain structure. This converted portion can have a grain size of 60 micrometers to 200 micrometers. The sheet thickness remains unchanged, for example between 0.1 and 0.3 millimeters.
Mit anderen Worten ausgedrückt kann mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens eine lokale Modifikation von Weichmagnetstrukturen in den Polblechen durchgeführt werden. Dementsprechend kann die elektrische Maschine Bereiche aufweisen, welche eine lokale, gezielte, ortsabhängige Isotropie aufweisen. Insbesondere kann quasi ein anisotropes Blech beziehungsweise Polblech lokal modifiziert werden, sodass dieses an sich anisotrope Blech bereichsweise eine isotrope Eigenschaft aufweist. Somit kann vor allem bei dem späteren Einsatz des Polblechs in die elektrische Maschine der magnetische Fluss verbessert werden.In other words, a local modification of soft magnetic structures in the pole sheets can be carried out using the proposed method. Accordingly The electrical machine can have areas that have a local, targeted, location-dependent isotropy. In particular, an anisotropic sheet or pole sheet can be locally modified, so that this sheet, which is anisotropic in itself, has an isotropic property in some areas. This means that the magnetic flux can be improved, especially when the pole plate is later used in the electrical machine.
In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die thermische Energie mittels eines Wärmebehandlungs-Prozesses eingebracht wird. Insbesondere erfolgt mithilfe des Wärmebehandlungs-Prozesses ein gezieltes, insbesondere spezifisches, Einbringen einer thermischen Energie. Somit kann eine lokale Wärmebehandlung des Teilbereichs durchgeführt werden. Insbesondere können die verschiedensten Wärmebehandlungs-Prozesse angewendet beziehungsweise verwendet werden. Vor allem kann hierzu mittels spezieller Werkzeuge gezielt beziehungsweise angepasst die thermische Energie, insbesondere ausschließlich, in den zumindest einen Teilbereich eingebracht werden. Somit kann dafür gesorgt werden, dass vor allem nur der umzuwandelnde Teilbereich mit dieser speziellen thermischen Energie beziehungsweise Wärme beaufschlagt wird.In one exemplary embodiment it is provided that the thermal energy is introduced by means of a heat treatment process. In particular, with the help of the heat treatment process, a targeted, in particular specific, introduction of thermal energy takes place. A local heat treatment of the partial area can therefore be carried out. In particular, a wide variety of heat treatment processes can be applied or used. Above all, the thermal energy can be introduced, in particular exclusively, into at least one partial area using special tools. This makes it possible to ensure that, above all, only the partial area to be converted is exposed to this special thermal energy or heat.
Vor allem kann mithilfe des Wärmebehandlungs-Prozesses eine lokale Temperatureinbringung, insbesondere abhängig von einem vorgegebenen Temperaturwert, in den zumindest einen Teilbereich vorgenommen werden.Above all, with the help of the heat treatment process, a local introduction of temperature, in particular depending on a predetermined temperature value, can be carried out into at least a partial area.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei einem Wärmebehandlungs-Prozess eine Lasertexturierung oder eine gleichmäßige Laserbestrahlung erfolgt. Somit kann gezielt der zumindest eine Teilbereich thermisch bearbeitet beziehungsweise modifiziert werden, sodass eine Umwandlung von der anisotropen Materialeigenschaft zur isotropen Materialeigenschaft innerhalb des Teilbereichs hervorgerufen werden kann. Beispielsweise kann es sich bei der Lasertexturierung um eine Laserstrukturierung handeln. Vor allem kann mithilfe eines Lasers eine gleichmäßige Laserbestrahlung erfolgen, sodass der zumindest eine Teilbereich gleichmäßig bearbeitet werden kann. Somit erfolgt hier eine laserbasierte Wärmebehandlung mittels Laserstrahlung.In a further exemplary embodiment it is provided that laser texturing or uniform laser irradiation takes place during a heat treatment process. The at least one partial area can thus be specifically thermally processed or modified, so that a conversion from the anisotropic material property to the isotropic material property can be brought about within the partial area. For example, laser texturing can be laser structuring. Above all, a laser can be used to provide uniform laser irradiation, so that at least one partial area can be processed evenly. Laser-based heat treatment takes place here using laser radiation.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass das Einbringen der thermischen Energie während eines Herstellungsprozesses des Polblechs oder als Nachbearbeitungsprozess unmittelbar anschließend an den Herstellungsprozess erfolgt. Somit kann entweder bereits während des Herstellungsprozesses beziehungsweise der Herstellung des Polblechs in dem zumindest einen, vorgegebenen, Teilbereich die magnetische Materialeigenschaft verändert beziehungsweise lokal angepasst werden. Ebenso kann insbesondere unmittelbar, also direkt anschließend, an den Herstellungsprozess des Polblechs die Umwandlung der magnetischen Materialeigenschaft des Teilbereichs erfolgen.In one exemplary embodiment it is further provided that the thermal energy is introduced during a manufacturing process of the pole sheet or as a post-processing process immediately following the manufacturing process. Thus, the magnetic material properties can be changed or locally adjusted in the at least one predetermined partial area either during the manufacturing process or the production of the pole plate. Likewise, the conversion of the magnetic material properties of the partial area can take place in particular immediately, i.e. directly following the manufacturing process of the pole plate.
Ebenfalls denkbar ist, dass jedes Polblech beziehungsweise jede Blechlage des Polzahns einzeln thermisch bearbeitet wird oder dass der durch die Stapelung der Polbleche gebildete Polzahn als Gesamtes in den jeweiligen Bereichen thermisch bearbeitet wird.It is also conceivable that each pole plate or each plate layer of the pole tooth is thermally processed individually or that the pole tooth formed by stacking the pole plates is thermally processed as a whole in the respective areas.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass abhängig von der eingebrachten thermischen Energie eine Textur innerhalb des zumindest einen Teilbereichs verändert wird. Somit kann hier vor allem die Umwandlung des kornorientierten Blechbereichs in einen nicht-kornorientierten Blechbereich innerhalb des Teilbereichs hervorgerufen beziehungsweise erzeugt werden. Somit kann hier die Beschaffenheit beziehungsweise die Materialbeschaffenheit, insbesondere eine Oberflächenbeschaffenheit, und vor allem eine kristalline Struktur des zumindest einen Teilbereichs manipuliert beziehungsweise verändert werden, sodass sich innerhalb des zumindest einen Teilbereichs eine magnetisch isotrope Materialeigenschaft bildet.In one exemplary embodiment it is further provided that a texture within the at least one partial area is changed depending on the thermal energy introduced. Thus, the conversion of the grain-oriented sheet metal area into a non-grain-oriented sheet metal area within the partial area can be caused or generated here. Thus, the nature or the material quality, in particular a surface quality, and above all a crystalline structure of the at least one partial area can be manipulated or changed, so that a magnetically isotropic material property is formed within the at least one partial area.
Somit kann hier eine homogene Textur eines Grundwerkstoffes des zumindest einen Teilbereichs erzeugt werden, sodass vor allem in dem zumindest einen Teilbereich ein magnetischer Fluss optimiert werden kann und damit der Anteil an durchflossenem magnetischem Material erhöht werden kann, sodass sich vor allem in einem Betrieb der elektrischen Maschine sich die Verluste, vor allem die Eisenverluste, verringern.Thus, a homogeneous texture of a base material of at least one partial area can be generated here, so that a magnetic flux can be optimized, especially in the at least one partial area, and thus the proportion of magnetic material flowing through can be increased, so that, above all, in operation of the electrical Machine losses, especially iron losses, decrease.
In einem Ausführungsbeispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass die thermische Energie zumindest in einem Übergangsbereich des zumindest einen Teilbereichs, welcher sich zwischen dem Polzahnabschnitt und einem der beiden Polschuhabschnitte erstreckt, eingebracht wird. Vor allem weisen Bereiche, welche einen Übergang zwischen Elementen aufweisen, negative magnetische Eigenschaften auf. Vor allem sind hier Kanten und/oder Ecken ein Grund für einen schlechten magnetischen Fluss und somit für eine schlechte magnetische Eigenschaft. Dies kann vor allem in dem H-förmig ausgebildeten und vor allem einteilig ausgebildeten Polblech in dem Übergangsbereich zwischen Polzahnabschnitt und den äußeren Polschuhabschnitten vorliegen. Somit kann der zumindest eine Teilbereich einen Übergang zwischen dem Polschuhabschnitt und einem der beiden Polschuhabschnitte aufweisen. In diesem Übergangsbereich können die magnetischen Eigenschaften besonders schlecht sein, sodass vor allem dort die magnetisch anisotrope Materialeigenschaft in eine magnetisch isotrope Materialeigenschaft umgewandelt werden sollte. Somit kann hier die magnetische Eigenschaft des Polblechs gezielt an örtlichen Bereichen, welche negative magnetische Eigenschaften aufweisen beziehungsweise hervorrufen, bearbeitet beziehungsweise angepasst werden.In one exemplary embodiment it is further provided that the thermal energy is introduced at least in a transition region of the at least one partial region which extends between the pole tooth section and one of the two pole shoe sections. Above all, areas that have a transition between elements have negative magnetic properties. Above all, edges and/or corners are a reason for poor magnetic flux and therefore poor magnetic properties. This can occur especially in the H-shaped and, above all, one-piece pole plate in the transition area between the pole tooth section and the outer pole shoe sections. The at least one partial area can therefore have a transition between the pole shoe section and one of the two pole shoe sections. In this transition area The magnetic properties can be particularly poor, so that the magnetically anisotropic material property should be converted into a magnetically isotropic material property. Thus, the magnetic properties of the pole plate can be specifically processed or adjusted in local areas that have or cause negative magnetic properties.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Polblech für einen elektrischen Pol einer elektrischen Maschine, wobei das Polblech einteilig gebildet ist und zwei Polschuhabschnitte mit einem dazwischenliegenden Polzahnabschnitt aufweist. Die zwei Polschuhabschnitte weisen eine magnetisch anisotrope beziehungsweise kornorientierte Materialeigenschaft auf. Das Polblech weist zumindest einen vorgegebenen Teilbereich zumindest eines der beiden Polschuhabschnitte auf, der eine magnetisch anisotrope Materialeigenschaft, welche durch Umwandlung der magnetisch anisotropen Materialeigenschaft des Teilbereichs abhängig von einem Einbringen einer thermischen Energie in zumindest einen vorgegebenen Teilbereich erzeugt ist, aufweist.A further aspect of the invention relates to a pole plate for an electrical pole of an electrical machine, wherein the pole plate is formed in one piece and has two pole shoe sections with a pole tooth section in between. The two pole shoe sections have a magnetically anisotropic or grain-oriented material property. The pole plate has at least a predetermined partial area of at least one of the two pole shoe sections, which has a magnetically anisotropic material property, which is generated by converting the magnetically anisotropic material property of the partial area depending on the introduction of thermal energy into at least one predetermined partial area.
Insbesondere kann das soeben aufgezeigte Polblech mit einem Verfahren nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus bearbeitet beziehungsweise angepasst werden. Somit kann das Verfahren gemäß dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus dazu verwendet werden, um eine magnetische Eigenschaft des Polblechs anzupassen.In particular, the pole plate just shown can be processed or adapted using a method according to the previous aspect or an advantageous development thereof. Thus, the method according to the previous aspect or an advantageous development thereof can be used to adapt a magnetic property of the pole plate.
Insbesondere kann es sich bei dem vorgeschlagenen Polblech um eine Polblechlage beziehungsweise um eine Blechlage beziehungsweise um einen Blechschnitt eines Polzahns beziehungsweise Polelements handeln. Mithilfe des Polzahns kann insbesondere ein elektrischer Pol der elektrischen Maschine bereitgestellt werden.In particular, the proposed pole plate can be a pole plate layer or a sheet metal layer or a sheet metal cut of a pole tooth or pole element. In particular, an electrical pole of the electrical machine can be provided with the aid of the pole tooth.
Speziell kann es sich bei dem Polblech um ein lokal modifiziertes Weichmagnetblech handeln, welches dazu dient, um einen magnetischen Fluss in einem Bauteil einer elektromotorischen Antriebseinheit, insbesondere der elektrischen Maschine, zu verbessern.In particular, the pole plate can be a locally modified soft magnetic plate, which serves to improve a magnetic flux in a component of an electromotive drive unit, in particular the electric machine.
In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Polblech als Elektroblech, insbesondere als Kobalt-Eisen-Blech oder als Nickel-Eisen-Blech ausgebildet ist. Insbesondere kann das Polblech aus einem Elektroblech oder aus einem weichmagnetischen Werkstoff ausgebildet sein. Insbesondere ist das Elektroblech aus einem eisenbasierten Material gebildet.In an exemplary embodiment of the further aspect, it is provided that the pole plate is designed as an electrical sheet, in particular as a cobalt-iron sheet or as a nickel-iron sheet. In particular, the pole plate can be made from an electrical sheet or from a soft magnetic material. In particular, the electrical sheet is formed from an iron-based material.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Elektroblech Silizium, Aluminium und/oder Mangan als Legierungsbestandteil aufweist. Insbesondere kann vor allem je nach Anwendungsfall des Polblechs und insbesondere der elektrischen Maschine die jeweilige Stoffzusammensetzung beziehungsweise Materialzusammensetzung des Elektroblechs angepasst werden. Insbesondere kann das Elektroblech mindestens 0,5 Prozent Silizium, insbesondere mindestens ein Prozent Silizium als Legierungsbestandteil aufweisen. Dabei kann das Elektroblech vor allem mindestens 0,5 Gew. % Silizium aufweisen. Ebenfalls können weitere Legierungselemente vorgesehen sein.In a further exemplary embodiment of the further aspect, it is provided that the electrical sheet has silicon, aluminum and/or manganese as an alloy component. In particular, depending on the application of the pole sheet and in particular the electrical machine, the respective material composition or material composition of the electrical sheet can be adjusted. In particular, the electrical sheet can have at least 0.5 percent silicon, in particular at least one percent silicon, as an alloy component. Above all, the electrical sheet can have at least 0.5% by weight of silicon. Further alloying elements can also be provided.
Beispielsweise kann das Elektroblech in Form von Kobalt-Eisen-Blech (CoFe) mit einem Kobaltgehalt von mindestens 10 Prozent sein. Ebenfalls denkbar ist, dass das eisenbasierte Material, insbesondere das Elektroblech, in Form von Nickel-Eisen-Blech (NiFe) mit einem Nickelgehalt von mindestens 10 Prozent enthält. Diese genannten Materialzusammensetzungsbeispiele sind nicht abschließend zu verstehen, sondern sollen nur einen kleinen Einblick der möglichen Stoffzusammensetzungen bezüglich des Elektroblechs bieten. Andere Materialien beziehungsweise Stoffe, insbesondere für den Einsatz in elektrische Maschinen, sind ebenfalls denkbar.For example, the electrical sheet can be in the form of cobalt iron sheet (CoFe) with a cobalt content of at least 10 percent. It is also conceivable that the iron-based material, in particular the electrical sheet, is in the form of nickel-iron sheet (NiFe) with a nickel content of at least 10 percent. These material composition examples mentioned are not intended to be exhaustive, but are only intended to provide a small insight into the possible material compositions with regard to the electrical sheet. Other materials or substances, particularly for use in electrical machines, are also conceivable.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, mit einem Stapel an Polblechen nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung. Insbesondere weist die elektrische Maschine eine Vielzahl von Polzähnen auf. Beispielsweise kann die elektrische Maschine einen Stator aufweisen, sodass dieser Stator eine Vielzahl von Polzähnen beziehungsweise Statorzähnen aufweist.A further aspect of the invention relates to an electrical machine, in particular an axial flux machine, with a stack of pole plates according to the previous aspect or an advantageous development. In particular, the electrical machine has a large number of pole teeth. For example, the electrical machine can have a stator, so that this stator has a large number of pole teeth or stator teeth.
Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Maschine um eine Drei-Phasen-Wechselstrommaschine wie beispielsweise eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine handeln. Insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Drehstrommaschine, welche für einen elektrischen Traktionsantrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verwendet werden kann. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Maschine um eine Transversalflussmaschine handeln.For example, the electrical machine can be a three-phase alternating current machine such as an asynchronous machine or a synchronous machine. In particular, the electric machine is a three-phase machine, which can be used for an electric traction drive of an electrically operated vehicle. For example, the electrical machine can be a transverse flux machine.
Da die erfindungsgemäße elektrische Maschine vor allem in der Automobilindustrie Anwendung finden kann, kann die elektrische Maschine speziell als Axialflussmaschine ausgebildet sein. Eine solche Axialflussmaschine weist einen hohen Wirkungsgrad über einen großen Drehzahlbereich auf, was vor allem im Bereich der Fahrzeugtraktion vorteilhaft ist. Hierbei kann eine solche Axialflussmaschine einen beispielsweise scheibenförmigen Stator aufweisen, welcher aus einer Vielzahl von Polzähnen beziehungsweise Statorzähnen gebildet ist. Hierbei kann das erfindungsgemäße Polblech, aus welchem ein Polzahn gebildet werden kann, beispielsweise aus einem Pulververbundwerkstoff hergestellt sein.Since the electrical machine according to the invention can be used primarily in the automotive industry, the electrical machine can be designed specifically as an axial flux machine. Such an axial flux machine has a high level of efficiency over a wide speed range, which is particularly important in the area of driving vehicle traction is advantageous. Such an axial flux machine can have, for example, a disk-shaped stator, which is formed from a large number of pole teeth or stator teeth. Here, the pole plate according to the invention, from which a pole tooth can be formed, can be made, for example, from a powder composite material.
Insbesondere kann der Polzahn mehrere übereinander gestapelte beziehungsweise übereinander angeordnete Polbleche aufweisen. Somit besteht der Polzahn aus einer Vielzahl von Polblechen, welche jeweils einteilig gebildet sind. Insbesondere kann ein Polblech gemäß dem vorherigen Aspekt dazu verwendet werden, um einen entsprechenden Polzahn bilden zu können. Somit weist der Polzahn eine Blech-Anordnung, also eine Stapelung von einzelnen Polblechen beziehungsweise Polblechabschnitten auf. Entsprechend weist der Polzahn in Schnittdarstellung jeweils ein entsprechendes, einteilig ausgebildetes Polblech auf.In particular, the pole tooth can have a plurality of pole plates stacked one above the other or arranged one above the other. The pole tooth therefore consists of a large number of pole plates, each of which is formed in one piece. In particular, a pole plate according to the previous aspect can be used to be able to form a corresponding pole tooth. The pole tooth thus has a sheet metal arrangement, i.e. a stacking of individual pole sheets or pole sheet sections. Accordingly, in a sectional view, the pole tooth each has a corresponding, one-piece pole plate.
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Polzahn als Einzelzahn für einen Rotor oder einen Stator verwendet werden. Dementsprechend kann zumindest der eine erfindungsgemäße Polzahn oder mehrere solcher Polzähne für elektrische Maschinen verwendet werden. Insbesondere kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Polzahn um einen Statorzahn eines Stators einer Axialflussmaschine handeln.For example, the pole tooth according to the invention can be used as a single tooth for a rotor or a stator. Accordingly, at least one pole tooth according to the invention or several such pole teeth can be used for electrical machines. In particular, the pole tooth according to the invention can be a stator tooth of a stator of an axial flux machine.
Insbesondere kann der Polzahn durch Paketierung beziehungsweise Blechpaketierung einzelner Polbleche gemäß dem vorherigen Aspekt gebildet werden.In particular, the pole tooth can be formed by packaging or sheet metal packaging of individual pole plates according to the previous aspect.
Mittels es erfindungsgemäßen Polzahns kann vor allem eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, aufwandsminimierter und insbesondere kostenreduzierter hergestellt werden. Der Polzahn kann somit auf einfachste Art und Weise, insbesondere durch einen Prozessvorgang bezüglich der Paketierung der Polbleche, kostengünstig hergestellt werden.By means of the pole tooth according to the invention, an electrical machine, in particular an axial flux machine, can be produced with minimal effort and, in particular, with reduced costs. The pole tooth can therefore be produced cost-effectively in the simplest manner, in particular through a process involving the packaging of the pole sheets.
Dementsprechend weist der Polzahn durch den Stapel beziehungsweise die Stapelung der Polbleche einen jeweiligen Schnitt auf, welche beispielsweise eine H-Form der einteilig miteinander gebildeten Polschuhabschnitte und des Polzahnabschnitts aufweist. Entsprechend weist jede Blechlage beziehungsweise jedes Polblech des Polzahns eine einteilige Einheit auf und vor allem ist das jeweilige Polblech beziehungsweise eine jeweilige Blechlage des Polzahns aus ein und demselben Werkstoff, insbesondere in einem Verarbeitungsschritt, hergestellt.Accordingly, the pole tooth has a respective cut through the stack or the stacking of the pole sheets, which has, for example, an H-shape of the pole shoe sections formed in one piece with one another and of the pole tooth section. Accordingly, each sheet metal layer or each pole plate of the pole tooth has a one-piece unit and, above all, the respective pole plate or a respective sheet metal layer of the pole tooth is made from one and the same material, in particular in one processing step.
Mit Hilfe des Polzahns beziehungsweise einem Polelement kann ein elektrischer Pol der elektrischen Maschine, insbesondere einer Axialflussmaschine, bereitgestellt beziehungsweise geschaffen werden.With the help of the pole tooth or a pole element, an electrical pole of the electrical machine, in particular an axial flux machine, can be provided or created.
Der Polzahn weist zwei einander gegenüberliegende Polschuhe auf, zwischen welchen eine durch den Polzahn zu tragende Wicklung angeordnet werden kann. Durch den Stapel an Polblechen werden also gleichzeitig ein Polzahngrundkörper beziehungsweise ein Polzahnkern und die beiden Polschuhe gebildet. Der Polzahngrundkörper kann also durch die aufeinander gestapelten Polzahnabschnitte gebildet werden. Die beiden Polschuhe können durch die jeweils aufeinander gestapelten Polschuhabschnitte gebildet werden.The pole tooth has two opposite pole pieces, between which a winding to be carried by the pole tooth can be arranged. The stack of pole plates simultaneously forms a pole tooth base body or a pole tooth core and the two pole pieces. The pole tooth base body can therefore be formed by the pole tooth sections stacked on top of one another. The two pole pieces can be formed by the pole piece sections stacked on top of each other.
Vorteilhafte Weiterbildungen eines Aspekts der vorliegenden Erfindung können als vorteilhafte Weiterbildungen eines anderen Aspekts und/oder aller anderen Aspekte angesehen werden. Dies gilt in umgekehrter Weise ebenfalls.Advantageous developments of one aspect of the present invention can be viewed as advantageous developments of another aspect and/or all other aspects. This also applies in reverse.
Insbesondere kann das Polblech und/oder die elektrische Maschine, insbesondere technische, Mittel aufweisen, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen beziehungsweise durchzuführen.In particular, the pole plate and/or the electrical machine can have, in particular technical, means to carry out or carry out the method according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Maschine sowie des anzusehen. Ebenfalls können vorteilhafte Ausführungsformen der elektrischen Maschine beziehungsweise des Polblechs als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens angesehen werden.Advantageous embodiments of the method are to be viewed as advantageous embodiments of the electrical machine and the. Advantageous embodiments of the electrical machine or the pole plate can also be viewed as advantageous embodiments of the method.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing(s). The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and/or shown in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of the invention to leave.
Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
-
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine; -
2 eine schematische Darstellung eines Polzahns der elektrischen Maschine aus1 , wobei der Polzahn anhand mehrerer Polblech gebildet ist; -
3 eine schematische Darstellung eines Polblechs desPolzahns aus 2 ; -
4 eine schematische Darstellung eines Polzahnabschnitts desPolblechs aus 3 ; -
5 eine schematische Darstellung von Polschuhabschnittendes Polblechs aus 3 ; -
6 ein beispielhafter Prozessschritt für ein Einbringen einer thermischen Energie in einen Teilbereich eines Polblechs; und -
7 ein weiterer beispielhafter Prozessschritt für ein Einbringen einer thermischen Energie in einen fertig gebildeten Polzahn.
-
1 a schematic representation of an electrical machine; -
2 a schematic representation of a pole tooth of the electrical machine1 , whereby the pole tooth is formed using several pole plates; -
3 a schematic representation of a pole plate of thepole tooth 2 ; -
4 a schematic representation of a pole tooth section of thepole plate 3 ; -
5 a schematic representation of pole shoe sections of thepole plate 3 ; -
6 an exemplary process step for introducing thermal energy into a portion of a pole plate; and -
7 another exemplary process step for introducing thermal energy into a fully formed pole tooth.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, functionally identical elements are provided with the same reference numbers.
In der
Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise einen Stator und einen Rotor aufweisen. Insbesondere ist die elektrische Maschine 1 bezüglich einer Rotationsachse 2 drehbar. In Richtung der Rotationsachse 2, welche sich insbesondere durch den Mittelpunkt der elektrischen Maschine 1 erstreckt, kann eine Axialrichtung A vorgegeben sein. Somit erstreckt sich die Axialrichtung A entsprechend der Rotationsachse 2. Zu dieser Axialrichtung A weist die elektrische Maschine 1 eine dazu senkrechte Radialrichtung R auf.The electrical machine 1 can have, for example, a stator and a rotor. In particular, the electrical machine 1 is rotatable with respect to an axis of
Des Weiteren kann die elektrische Maschine 1 eine Umfangsrichtung U aufweisen. Diese verläuft beispielsweise entsprechend dem Umfang der elektrischen Maschine 1 und insbesondere entsprechend dem Stator beziehungsweise Rotor.Furthermore, the electrical machine 1 can have a circumferential direction U. This runs, for example, according to the circumference of the electrical machine 1 and in particular according to the stator or rotor.
Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise einen Polzahn 3 aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Einzelzahn beziehungsweise um einen Statorzahn handeln. Der zumindest eine Polzahn 3 oder weitere Polzähne 4 können entsprechend in Umfangsrichtung U angeordnet, insbesondere ringförmig, angeordnet werden.The electrical machine 1 can have a
In der
Damit der Polzahn 3 möglichst kostengünstig und vor allem effizient hergestellt werden kann, vor allem in einem Herstellungsprozess, kann dieser aus einem Stapel von mehreren Polblechen 5 (vgl.
Im Nachfolgenden wird die besondere Ausgestaltung der Blechlagen 4 Blechlagen 5 an einer Blechlage 6 erläutert. Dies gilt für alle Blechlagen beziehungsweise Polbleche 5 des Polzahns 3.The special design of the
Das Polblech 6 weist einen Polzahnabschnitt 7 und zwei einander gegenüberliegende Polschuhabschnitte 8, zwischen welchen der Polzahnabschnitt 7 angeordnet ist, auf. Die Polschuhabschnitte 8 und der Polzahnabschnitt 7 können als einteilige beziehungsweise einstückige Einheit ausgebildet beziehungsweise gebildet werden. Somit kann das Polblech 6 als einstückiges Element beziehungsweise Einheit bezeichnet werden. Somit besteht der Polzahn 3 aus einer Anordnung von einteilig ausgebildeten beziehungsweise einstückig ausgebildeten Polblechen 5, 6.The
Wie als Beispiel in der
Vor allem können durch den Stapel von Polblechen 5, 6, insbesondere in einem Verarbeitungsschritt, gleichzeitig beide Polschuhe 9 und ein Polzahngrundkörper 10 gebildet werden. Durch die Aneinanderstapelung der Polbleche 5, 6 kann durch die aneinander gestapelten Polzahnabschnitte 7 der Polzahngrundkörper 10 beziehungsweise ein Polzahnkern gebildet werden. Durch die aneinander gestapelten beziehungsweise zueinander anliegend gestapelten Polschuhabschnitte 8 können die beiden Polschuhe 9, welche gegenüber anliegend zwischen dem Polzahngrundkörper 10 angeordnet sind, gebildet werden. Somit kann beispielsweise der Polzahn 3 der elektrischen Maschine 1 direkt ganz aus einer Blechpaketierung hergestellt werden. Dies hat vor allem den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass im Stand der Technik zunächst der Polzahngrundkörper 10 und anschließend die Polschuhe 9 hergestellt werden. Die Zusammenfügung erfolgt dort beispielsweise mittels Kleben.Above all, both
Beispielsweise kann jedes der Polbleche 5, 6 als Elektroblech ausgebildet sein. Somit bestehen die Polbleche 5, 6 beziehungsweise das Polblech 6 beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff. In einem Ausführungsbeispiel kann das Polblech 6 aus einer Stapelung beziehungsweise einer aneinander anliegenden Anordnung von Blechlagen beziehungsweise Elektroblechen gebildet sein.For example, each of the
Des Weiteren kann eine Breite des Polzahns 3 in der Axialrichtung A konstant sein. Somit kann wiederum eine jeweilige Breite in der Axialrichtung A jedes Polblechs 5, 6 gleich beziehungsweise identisch sein. Des Weiteren ist wie beispielsweise in der
Somit weist der Polzahn 3 eine Keil-Form auf. Eine Breite dieser gebildeten Keil-Form beziehungsweise des Polzahns 3, kann sich wiederum in Radialrichtung R nach außen hin vergrößern beziehungsweise verbreitern. Somit kann wiederum die Breite der Keil-Form beziehungsweise des Polzahns 3 radial nach außen hin breiter werden. Somit ist der Polzahn 3 in seinem Bereich, welcher sich radial nach innen erstreckt, schmäler als die Bereiche, welche sich radial nach außen hin erstrecken. Insbesondere handelt es sich bei der Breite 15 um eine Breite des Polzahns 3 bezüglich der Umfangsrichtung U.The
Entsprechend kann beispielsweise ein kompletter Einzelzahn beziehungsweise Polzahn 3 für eine elektrische Maschine 1 aus einem Elektroblech hergestellt beziehungsweise gefertigt werden.Accordingly, for example, a complete single tooth or
Dazu kann vor allem der Polzahn 3 derart hergestellt werden, sodass durch den Stapel von Polblechen 5 gleichzeitig beide Polschuhe 9 und ein Polzahngrundkörper 10 gebildet wird.For this purpose, the
In Axialrichtung A betrachtet befindet sich der Polgrundkörper 10 zwischen den beiden plattenähnlichen Polschuhen 9.Viewed in the axial direction A, the
Insbesondere kann der Polzahn 3 durch Stanzpaketierung hergestellt werden. Vor allem kann der Polzahngrundkörper 10 und die Polschuhe 9 in einem Blechpaket gefertigt werden.In particular, the
Beispielsweise kann so der Polkern beziehungsweise der Polzahngrundkörper 10 als auch die beiden Polschuhe 9 gemeinsam mittels eines Elektroblechs oder einem anderen weichmagnetischem Material aufgebaut werden. Die Parkettierung der Polbleche 5 zu dem Polzahn 3 kann beispielsweise mittels Backen oder Schweißen erfolgen.For example, the pole core or the pole
In der
Durch das einteilig gebildete Polblech 6, aus welchem der Polzahn 3 gebildet sein kann, kann eine integrierte Bauweise bezüglich des Polzahns 3 beziehungsweise eines integrierten Polschuhs erreicht werden. Diese Einteiligkeit bezüglich des Polblechs 6 ergibt vor allem den Vorteil, dass nicht, wie im Stand der Technik, der Polzahngrundkörper 10 mit den Polschuhen 9 verklebt werden muss. Durch das Verkleben beziehungsweise den Klebstoff weist ein entsprechender Polzahn einen Luftspalt beziehungsweise eine Luftspaltisolierung auf, sodass dies zu einer Störung des magnetischen Flusses im Querschnittsübergang zwischen Polzahngrundkörper 10 und Polschuh 9 führt. Dies kann durch das erfindungsgemäße Polblech 6 verhindert beziehungsweise reduziert werden, da durch den einteiligen Aufbau des Polblechs 6 kein Luftspalt zwischen Polzahnabschnitt 7 und Polschuhabschnitten 8 vorliegt. Dementsprechend kann hier ein kornorientiertes Blechpaket für den Polzahn 3 hergestellt werden. Vor allem kann das Polblech 6 ein stark inhomogenes Gefüge aufweisen und eine ausgeprägte Textur aufweisen, welche beispielsweise eine Korngröße größer einem Millimeter aufweist. Somit kann das Polblech 6 als Grundwerkstoff beziehungsweise als Grundmaterial einen anisotropen Werkstoff aufweisen. Vor allem weisen die Polschuhabschnitte 8 eine magnetisch anisotrope Materialeigenschaft auf. Um vor allem das Polblech 6 mit besseren magnetischen Eigenschaften und somit auch die elektrische Maschine 1 ausgestalten zu können, kann das Polblech 6, welches an sich anisotrop ausgebildet ist, derart modifiziert werden, dass es in relevanten Querschnittsbereichen zumindest lokal isotrop wird.Through the one-
Um nun die magnetischen Eigenschaften und insbesondere einen magnetischen Fluss des Polblechs 6 anpassen beziehungsweise verändern zu können, kann an Stellen beziehungsweise Bereichen, welche negative magnetische Eigenschaften hervorrufen, die an sich magnetisch anisotrope Materialeigenschaft in eine magnetisch isotrope Materialeigenschaft umgewandelt werden. Hierzu kann in zumindest einem Teilbereich 12 (vergleiche
Durch dieses Einbringen der thermischen Energie kann die magnetisch anisotrope Materialeigenschaft des Teilbereichs 12 in eine magnetisch isotrope Materialeigenschaft umgewandelt werden. Dabei kann wiederum der innere beziehungsweise mittlere Bereich, also der Polzahnabschnitt 7, unbehandelt bleiben. Somit weist vor allem der Polzahnabschnitt 7 eine gerichtete Magnetführung auf. In den äußeren Bereichen, also in dem zumindest einen Teilbereich 12 der Polschuhabschnitte 8, kann durch Wärmebehandlung oder Strukturierung eine isotrope Materialeigenschaft erzeugt werden, sodass dort eine ungerichtete Flussrichtung gegeben ist.By introducing the thermal energy in this way, the magnetically anisotropic material property of the
Insbesondere weist der Polzahnabschnitt 7 eine gerichtete Orientierung 13 (vergleiche
Insbesondere kann die thermische Energie mittels eines Wärmebehandlungsprozesses, wie eine Lasertexturierung oder eine gleichmäßige Laserbehandlung, eingebracht werden. Hierbei kann die thermische Energie in einem Herstellungsprozess des Polblechs 6 mittels eines Lasers 15 (vergleiche
Insbesondere kann das Einbringen von thermischer Energie direkt als Zwischenschritt bei der Herstellung des einzelnen Polblechs 6 beziehungsweise der Polbleche 5 erfolgen. Anderenfalls kann nach der Herstellung des Polzahns 3 oder erst am Ende beim hergestellten Stator beziehungsweise der elektrischen Maschine 1 erfolgen. Somit kann je nach Prozessschritt bezüglich des Herstellens des Polblechs oder des Polzahns 3 ein Prozessschritt als Wärmebehandlung oder Lasertexturierung eingeführt werden.In particular, the introduction of thermal energy can take place directly as an intermediate step in the production of the
Somit kann vor allem ein flussoptimierter Stator für eine Axialflussmaschine geschaffen werden.In this way, a flux-optimized stator can be created for an axial flux machine.
Vor allem von Bedeutung ist das Einbringen der thermischen Energie in zumindest einen Übergangsbereich 16 beziehungsweise eines Hotspots des zumindest einen Teilbereichs 12. Dieser Übergangsbereich 16 erstreckt sich insbesondere zwischen dem Polzahnabschnitt 7 und den beiden Polschuhabschnitten 8. Dort können vor allem negative magnetische Eigenschaften beziehungsweise Störgrößen vorliegen. Dieser Übergangsbereich 16 kann vor allem in einen Bereich umgewandelt werden, welcher eine isotrope Materialeigenschaft aufweist. Somit kann erreicht werden, dass das Polblech 6 gleichmäßig magnetisch durchflossen werden kann. Somit kann sich vor allem der magnetische Fluss gleichmäßig in dem Polblech 6 ausbreiten.What is particularly important is the introduction of the thermal energy into at least one
Vor allem kann abhängig von der eingebrachten thermischen Energie, wie beispielsweise eine Wärme, eine Textur beziehungsweise eine Beschaffenheit innerhalb des zumindest einen Teilbereichs 12 und insbesondere des gesamten Teilbereichs 12 verändert beziehungsweise manipuliert werden.Above all, depending on the thermal energy introduced, such as heat, a texture or condition within the at least one
Dadurch, dass das an sich anisotrope Polblech 6 lokal in isotrope Bereiche umgewandelt wird, können Eisenverluste reduziert werden. Dies erfolgt insbesondere durch die Manipulation des an sich anisotropen Werkstoffs des Polblechs 6 in lokale beziehungsweise gezielte isotrope Werkstoffbereiche.Because the
Dadurch, dass das Polblech 6 als Grundwerkstoff beziehungsweise als Basis ein kornorientiertes Blech beziehungsweise Elektroblech aufweist, kann eine lokale Manipulation der Textur des an sich anisotropen Werkstoffes in vor allem kritischen Querschnittsbereichen, insbesondere in dem Übergangsbereich 16, durchgeführt werden, sodass die Textur des Werkstoffs in diesen kritischen Querschnittsbereichen nichtkornorientiert, also isotrop ausgestaltet werden kann.Because the
Dementsprechend kann ein an sich anisotroper Grundwerkstoff lokal isotrop geschaffen werden. Dementsprechend kann vor allem in Bereichen eines Querschnittsübergangs, also von einem Polzahnabschnitt 7 zu den Polschuhabschnitten 8, eine homogene Textur des jeweiligen Grundwerkstoffes erreicht werden, sodass ein magnetischer Fluss lokal optimiert werden kann und somit der Anteil an durchflossenem magnetischem Material des Polbleches 6 erhöht werden kann. Beispielsweise können mithilfe des Wärmebehandlungs-Prozesses vor allem die Polschuhabschnitte 8 als lokal wärmebehandelte Zonen bearbeitet werden, sodass dort vor allem die Textur verändert beziehungsweise manipuliert werden kann.Accordingly, an inherently anisotropic base material can be created locally isotropically. Accordingly, a homogeneous texture of the respective base material can be achieved, especially in areas of a cross-sectional transition, i.e. from a
Durch die Umwandlung der magnetisch anisotropen Materialeigenschaft des zumindest einen Teilbereichs 12 in eine isotrope Materialeigenschaft können Eisenverluste der elektrischen Maschine 1 reduziert werden. Des Weiteren kann somit vor allem die elektrische Maschine 1 betriebspunktunabhängigeres Materialverhalten aufweisen und somit ein konstanteres Drehmomentverhalten aufweisen. Des Weiteren kann eine Minimierung lokaler Hotspots erreicht werden, die sich vor allem für das Thermomanagement und/oder für das NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness) positiv auswirkt.By converting the magnetically anisotropic material property of the at least one
Insbesondere kann beispielsweise bereits während des Schneidprozesses bezüglich der Herstellung des Hohlblechs 6 die thermische Energie eingebracht werden. Ebenso kann in serieller Abfolge während dieses Schneidprozesses thermische Energie beziehungsweise thermische Energien eingebracht werden. Ebenso denkbar ist, dass an dem vollständig ausgebildeten Polzahn 3 als nachgelagerte Prozesse der Energieeintrag erfolgt. Dies kann beispielsweise durch eine flächige Nachbearbeitung der Polschuhe 9 erfolgen.In particular, the thermal energy can be introduced, for example, during the cutting process relating to the production of the
Beispielsweise kann das Polblech 6 als Elektroblech, insbesondere als Kobalt-Eisen-Blech oder als Nickel-Eisen-Blech ausgebildet sein. Hierbei kann das Polblech beispielsweise Silizium, Aluminium und/oder Mangan als Legierungsbestandteil beziehungsweise Legierungsbestandteile aufweisen.For example, the
Mit anderen Worten nochmals ausgedrückt, kann ein Material des Eisenkerns, also des Polblechs 6, lokal anforderungsspezifisch so modifiziert werden, dass der magnetische Fluss innerhalb des Polblechs 6 und somit der elektrischen Maschine 1 optimiert werden kann beziehungsweise verbessert werden kann. Hierzu kann mittels lokaler Temperatureinbringung, wie beispielsweise mittels lokaler Laserwärmebehandlung oder induktiver Wärmebehandlung, eine Textur des Werkstoffes, insbesondere innerhalb des Teilbereichs 12, modifiziert beziehungsweise verändert werden. Des Weiteren kann das Grundmaterial, insbesondere der Werkstoff des Polblechs 6, lokal im relevanten Querschnittsbereich, insbesondere in dem Übergangsbereich 16, strukturiert werden. Dies kann beispielsweise mittels eines Lasers oder eines mechanischen Verfahrens erfolgen.In other words, a material of the iron core, i.e. the
Dementsprechend kann also vor allem der Außenbereich des Polblechs 6, also die Polschuhabschnitte 8, bearbeitet werden, sodass aus einem anisotropen Material lokal ein isotropes Material gemacht werden kann.Accordingly, especially the outer area of the
Mit anderen Worten nochmals ausgedrückt, kann also ein Verfahren bereitgestellt werden, um eine lokale Isotropie-Erzeugung im Außenbereich eines Polzahns 3 beziehungsweise eines Polblechs 6 durchführen zu können. Insbesondere weist der Polzahnabschnitt 7 beziehungsweise der mittlere Bereich des Polblechs 6, welcher den Kern des Polblechs 6 bildet, ein homogenes Magnetfeld durch ein Kern-ausgerichtetes Elektroblech auf. Zur Unterstützung ist im Außenbereich, also in den Bereichen der Polschuhabschnitte 8, ein homogenes Magnetfeld durch das Umwandeln aufgehoben, um dies inhomogen zu gestalten, sodass dort zumindest Teilbereiche isotrop sind. Somit kann der Teilbereich 12 nach dem Umwandeln nicht-Kern-orientiert sein. Mittels des Umwandelprozesses, welcher mithilfe des thermischen Energieeintrags erfolgt, kann also vor allem in dem Außenbereich des Polblechs 6 die Orientierung der Kerne beziehungsweise die Homogenität des Magnetfelds aufgebrochen beziehungsweise verändert beziehungsweise manipuliert werden.In other words, a method can be provided to be able to generate local isotropy in the outer area of a
Dementsprechend erfolgt in dem Teilbereich 12 eine lokale Kernneubildung, insbesondere in den Randbereichen des Polbleches 6, sodass dort eine Homogenisierung des Grundgefüges beziehungsweise des dortigen Materials erfolgt.Accordingly, a local new core formation takes place in the
Beispielsweise kann das Polblech 6 als Bauteil einer elektromotorischen Antriebseinheit bezeichnet werden, welches mindestens ein Weichmagnetblech aufweist oder welches eine Stapelung aus Weichmagnetblechen aufweist. Dort kann zumindest ein Weichmagnetblech abschnittsweise zumindest weitgehend kornorientiert vorliegen und in mindestens einem zweiten Abschnitt eine von der Kornorientierung abweichende Mikrostruktur beziehungsweise Textur aufweisen. Dabei kann es sich bei einem solchen Weichmagnetblech um ein eisenbasiertes Material handeln. Der mindestens eine zweite Abschnitt, welcher eine von der kornorientierten abweichende Struktur aufweist, kann durch Nachbehandlung eines vormals kornorientierten Elektroblechs entstanden sein. Hierzu kann ebenfalls durch örtliche, thermische Nachbehandlung die nicht-kornorientierte Struktur geschaffen werden. Ebenfalls können hier örtliche Laserwärmebehandlungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Polblech 6 Bauteil eines Stators oder eines Einzelzahns eines Stators sein. Insbesondere wird das Polblech 6 in Elektromotoren, insbesondere in Axialflussmaschinen, eingesetzt. Bei dem Polzahn 3 kann es sich beispielsweise um einen Statorzahn einer Axialflussmaschine handeln, welcher aus mindestens einem kornorientierten Polblech 6 beziehungsweise Elektroblech oder einer Stapelung aus Polblechen 6, 5 gefertigt ist.For example, the
In einem denkbaren weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Herstellung eines Polblechs 6 vorgesehen sein. Dabei kann ein Polzahn 3 mindestens ein Polblech 6 oder eine Stapelung aus Polblechen 5, 6 aufweisen und das mindestens eine Polblech 6 abschnittsweise zumindest weitgehend kornorientiert vorliegt und im mindestens einen zweiten Abschnitt eine von der Kornorientierung abweichende Struktur aufweist. Des Weiteren kann der mindestens eine Abschnitt mit von der Kornorientierung abweichender Struktur dadurch entstanden sein, dass ein zuvor mindestens weitgehend kornorientiertes Blech durch eine Nachbehandlung verhindert wird, sodass dort keine beziehungsweise im Wesentlichen keine Kornorientierung mehr vorliegt. Hierzu kann beispielsweise eine Nachbehandlung, wie eine örtliche thermische Nachbehandlung, insbesondere eine Laserwärmebehandlung, verwendet werden.In a conceivable further exemplary embodiment, a method for producing a
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- elektrische Maschineelectric machine
- 22
- RotationsachseAxis of rotation
- 33
- Polzahnpole tooth
- 44
- weiterer Polzahnanother pole tooth
- 55
- PolblechePole plates
- 66
- PolblechPole plate
- 77
- PolzahnabschnittPole tooth section
- 88th
- PolschuhabschnittePole shoe sections
- 99
- PolschuhePole shoes
- 1010
- PolzahngrundkörperPole tooth base body
- 1111
- HauptflussrichtungMain flow direction
- 1212
- TeilbereichSub-area
- 1313
- gerichtete Orientierungdirected orientation
- 1414
- ungerichtete Orientierungnon-directional orientation
- 1515
- LaserLaser
- 1616
- ÜbergangsbereichTransition area
- AA
- AxialrichtungAxial direction
- RR
- RadialrichtungRadial direction
- UU
- UmfangsrichtungCircumferential direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2396874 A1 [0006]EP 2396874 A1 [0006]
- DE 102015013447 A1 [0006]DE 102015013447 A1 [0006]
- DE 102014208866 A1 [0007]DE 102014208866 A1 [0007]
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022002673.2A DE102022002673A1 (en) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | Method for adjusting a magnetic property of a pole plate for an electrical machine, as well as pole plate and electrical machine |
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---|---|---|---|
DE102022002673.2A DE102022002673A1 (en) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | Method for adjusting a magnetic property of a pole plate for an electrical machine, as well as pole plate and electrical machine |
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DE102022002673A1 true DE102022002673A1 (en) | 2024-01-25 |
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ID=89429824
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
EP2396874A2 (en) | 2009-02-13 | 2011-12-21 | Isis Innovation Ltd | Electric machine - flux |
DE102014208866A1 (en) | 2014-05-12 | 2015-11-12 | Robert Bosch Gmbh | Heat-treated rotor for an electric machine excited by permanent magnets |
DE102015013447A1 (en) | 2015-10-16 | 2016-05-25 | Daimler Ag | check valve |
-
2022
- 2022-07-22 DE DE102022002673.2A patent/DE102022002673A1/en active Pending
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DE102015013447A1 (en) | 2015-10-16 | 2016-05-25 | Daimler Ag | check valve |
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